JP2004318041A - 空中像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】外部から入射される外光の影響を除去し、実在感に優れた空中像を鮮明に表示する。
【解決手段】空中像表示装置１０は、空中像ＲＩＭとして表示する物体を示す画像を表示する偏光出力ディスプレイ１１と、この偏光出力ディスプレイ１１から出射された光線を空中像ＲＩＭとして結像させる光学部材である凹面鏡１３と、外部から入射される外光を減光する減光手段としてのハーフミラー１４、円偏光素子１５、及び偏光フィルタ１６とを備える。外部から入射されて凹面鏡１３によって反射された外光は、再度ハーフミラー１４を透過し、さらに円偏光素子１５を通過することにより、直線偏光に変化する。したがって、円偏光素子１５を通過した外光は、偏光フィルタ１６を通過することができず、鑑賞者の眼球ＥＹＥに到達することはない。
【選択図】 図６
【解決手段】空中像表示装置１０は、空中像ＲＩＭとして表示する物体を示す画像を表示する偏光出力ディスプレイ１１と、この偏光出力ディスプレイ１１から出射された光線を空中像ＲＩＭとして結像させる光学部材である凹面鏡１３と、外部から入射される外光を減光する減光手段としてのハーフミラー１４、円偏光素子１５、及び偏光フィルタ１６とを備える。外部から入射されて凹面鏡１３によって反射された外光は、再度ハーフミラー１４を透過し、さらに円偏光素子１５を通過することにより、直線偏光に変化する。したがって、円偏光素子１５を通過した外光は、偏光フィルタ１６を通過することができず、鑑賞者の眼球ＥＹＥに到達することはない。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の画像を空中で結像させて空中像を表示する空中像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、いわゆるヘッドマウントディスプレイ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＨＭＤ）等のように、画像を空中で結像させて現実感のある仮想空間を実現する試みがなされている。この種のディスプレイとしては、ヘッドマウントディスプレイのように、レンズの奥方向にて画像を空中像として結像させているものもある一方で、レンズの前方にて画像を空中像として結像させているものもある。
【０００３】
具体的には、この種の空中像結像の原理は、例えば図３４に示すように、画像を表示する所定のディスプレイデバイス１０１と、このディスプレイデバイス１０１に表示された表示画像ＩＭを空中に投影する透過型レンズ等の透過型光学素子１０２とからなるディスプレイ本体１００によるシステムを用いて説明することができる。すなわち、この種の技術は、焦点距離がｆである透過型光学素子１０２を用いて、ディスプレイデバイス１０１に表示された表示画像ＩＭを、当該透過型光学素子１０２と鑑賞者の眼球ＥＹＥとの間に空中像ＲＩＭとして結像させている。ここで、透過型光学素子１０２の主平面１０３とディスプレイデバイス１０１との間の距離をｍとし、透過型光学素子１０２の主平面１０３と空中像ＲＩＭとの間の距離をｎとすると、ガウスの公式により、次式（１）が成立し、この次式（１）を変形することによって次式（２）が成立する。
（１／ｍ）＋（１／ｎ）＝１／ｆ ・・・（１）
ｎ＝ｆｍ／（ｍ−ｆ） ・・・（２）
【０００４】
これにより、この種の技術においては、ディスプレイデバイス１０１に表示された表示画像ＩＭが、透過型光学素子１０２と眼球ＥＹＥとの間であって当該透過型光学素子１０２の主平面１０３からｆｍ／（ｍ−ｆ）だけ離隔された位置に、実像たる空中像ＲＩＭとして結像される。このとき、この種の技術においては、ディスプレイデバイス１０１に表示する表示画像ＩＭとして、例えば図３５に示すように物体の周囲を黒くした映像を表示することにより、鑑賞者ＶＷは、例えば図３６に示すように、特殊な眼鏡を用いることなく、恰も表示画像ＩＭに示された物体のみが空中に浮遊し、当該鑑賞者ＶＷが物体を把持することができるかのように、視認することができる。
【０００５】
また、この種の技術は、先に図３４に示した透過型光学素子１０２の代わりに、いわゆる凹面鏡等の反射型光学素子を用いて実現することもできる。すなわち、例えば図３７に示すように、反射型光学素子１０４を用いた反射型のシステムにおいては、ディスプレイデバイス１０１と反射型光学素子１０４とを所定の位置関係で配置し、ディスプレイデバイス１０１に表示された表示画像ＩＭを、反射型光学素子１０４によって反射させることにより、反射型光学素子１０４と鑑賞者の眼球ＥＹＥとの間に、表示画像ＩＭとは上下左右ともに対称な実像たる空中像ＲＩＭが結像される。
【０００６】
なお、この種の技術の具体例としては、例えば、特許文献１乃至特許文献５に記載されたものが提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２５８５４３号公報
【特許文献２】
特開平１１−１１９１５４号公報
【特許文献３】
特開平６−３４８８１７号公報
【特許文献４】
特開平１１−１１９１５４号公報
【特許文献５】
特開平８−５９５６号公報
【０００８】
特許文献１には、光源からの光束を反射又は透過する画像形成部を備え、この画像形成部を通過した光束が、投影レンズを透過した後、視野レンズを透過し、空中像反射鏡によって空中に表示像を形成する画像表示を行う構成と、画像形成部を通過した光束が、投影レンズを透過し、スクリーンに表示像を形成する画像表示を行う構成との両機能部材を兼ね備えた画像表示装置が開示されている。これにより、この画像表示装置は、画面サイズの大きなスクリーン像型の表示方式と視野の狭い空中像型の表示方式との両機能を実現することができるとしている。
【０００９】
また、特許文献２には、文字や画像の情報を表示する２つの表示手段と、この２つの表示手段に表示された画像を物体とする実像を所定の空中に拡大投影して結像させる２つの投影手段と、投影された２つの空中像からの光束をそれぞれ所定の２つの視域にもたらすための１つの集束光学系とからなり、２つの視域の中心が所定の配置とされているバーチャルスクリーン型立体表示装置が開示されている。これにより、このバーチャルスクリーン型立体表示装置は、特殊眼鏡やレンチキュラーレンズを用いずにコンパクト、低コスト、省エネルギで且つ鮮明な立体画像を容易に得ることができるとしている。
【００１０】
さらに、特許文献３には、観察窓を有する暗黒状態の空間内に設置され、ＣＧ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ）画像を表示する表示手段と、空間内に設置され、表示手段によって表示されるＣＧ画像を反射によって空中像として観察窓と対応する位置に出現させる光学系と、空中像の出現領域の周囲を２次元的に取り囲むようにして配置され、この出現領域内に観察窓を通して挿入された物体の位置座標を検出する位置検出手段と、この位置検出手段によって検出された物体の座標データを基に空中像中の目的像と物体間の距離情報を算出し、この距離情報に基づいて目的像が物体に向かって移動する目的像のＣＧ描画処理を行って表示手段に表示させる表示制御手段とを備える表示装置が開示されている。これにより、この表示装置は、ＣＧ画像の表示手段と光学系とによって形成される空中像を観察者等によって直接操作でき、観察者等の興味及び遊戯性を高めることができるとしている。
【００１１】
さらに、特許文献４には、画像を表示する二つの表示手段と、表示された画像を拡大投影して結像させる投影手段と、投影された二つの空中像からの光束をそれぞれ所定の二つの視域にもたらすための一つの集束光学系とからなる立体表示装置が開示されている。
【００１２】
また、特許文献５には、左右の眼それぞれ用の空間変調素子がハーフミラー型コンバイナーを挟んでほぼ直角に配置され、それぞれの空間変調素子の背面側にバックライト装置用の発光装置が置かれ、空間変調素子と発光装置の間に発光領域を拡大するための指向性のある光学素子を配し、空間変調素子の表示領域と非表示領域とを制御することで鑑賞者に立体映像を視認させる立体表示装置が開示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特許文献１乃至特許文献３に代表される空中像表示技術においては、外部から入射される外光対策が施されたものは存在しない。したがって、この種の空中像表示技術においては、空中像の周囲が浮いて、当該空中像の立体感が得にくいという問題があった。
【００１４】
例えば、図３７に示した反射型のシステムにおいては、外部から光が入射すると、この光線が反射型光学素子１０４によって反射することから、当該反射型光学素子１０４等の各種光学部材の存在が鑑賞者に把握されてしまい、結果として、空中像の実在感が希薄化する事態を招来する。特に、この反射型のシステムにおいては、鑑賞者がディスプレイ本体を斜め横方向から鑑賞した場合には、反射型光学素子１０４の存在が顕著に把握できてしまう。また、この反射型のシステムにおいては、筐体やディスプレイデバイス１０１の表示画面等によっても、外光が反射することから、同様の問題が生じている。
【００１５】
なお、このような問題は、先に図３４に示したような透過型のシステムにおいても、透過型光学素子１０２の表面反射の他、筐体やディスプレイデバイス１０１の表示画面による外光の反射に起因して生じるものである。
【００１６】
また、反射型のシステムにおいては、図３７に示したように、反射型光学素子１０４の光軸から離隔された位置にて結像することから、空中像ＲＩＭの収差が大きくなるという問題もあった。
【００１７】
また、上述した特許文献４に記載された立体表示装置では、表示手段と投影手段とを二つずつ備えて、一つの集束光学系で二つの空中像を所定の領域に示すため、鑑賞者が良好な立体映像を視認するために必要な光学系の設計が困難になるという問題があった。
【００１８】
また、上述した特許文献５に記載された立体表示装置では、空間変調素子の表示領域と非表示領域とを制御することで鑑賞者に立体映像を視認させるが、ハーフミラーを介して光学素子により二つの画像の表示領域を変化させるため、空間変調素子の制御が難しいという問題があった。
【００１９】
また、従来の立体眼鏡を必要とする立体ディスプレイでの鑑賞者と表示装置の例を図３８に示す。立体ディスプレイ２００を鑑賞者２０１が視聴して立体映像を視認するためには、鑑賞者２０１が左右の眼それぞれに視差を有する画像を受けるために、液晶シャッター眼鏡２０２などの視差画像を切り替える手段を装着する必要があった。
【００２０】
図３９は液晶シャッター眼鏡２０２を用いて鑑賞者２０１が立体映像を視認する原理を示す模式図であり、図４０は立体ディスプレイ２００の表示と液晶シャッター眼鏡２０２の動作の関連を示すグラフである。立体ディスプレイ２００には、時分割で右目用と左目用のビデオ信号が入力され、左目に認識させる左目用画像２０３Ｌと右目に認識させる右目用画像２０３Ｒが交互に表示される。液晶シャッター眼鏡２０２では、鑑賞者２０１の左目２０１Ｌの前に位置する左目用シャッター２０４Ｌと、鑑賞者２０１の右目２０１Ｒの前に位置する右目用シャッター２０４Ｌとが、ビデオ信号に同期して光りの透過と遮断を行う。図３９に示すように、左目２０１Ｌと右目２０１Ｒが認識する画像の違いにより、鑑賞者２０１は立体像を立体ディスプレイ２００から離れた位置に認識する。
【００２１】
この様に、従来の立体ディスプレイ２００では、立体視用のメガネを装着する必要があり、メガネがわずらわしく、又、視力矯正用のメガネを使っている人は利用することができなかった。また、このような立体ディスプレイでは、図４１に示すように、ディスプレイ表示面２０５に画像を表示して、両眼視差だけで立体像を表現している。そのために、鑑賞者が対象物を認識するための目の向きである眼球輻輳と、対象物にピントを調節するための水晶体の厚み調節が一致せず、立体像を観察する際に疲労を感じる原因となっていた。特に、ディスプレイ表示面２０５から離れた立体映像を表示すると、眼球輻輳と水晶体調節の差が著しくなり疲労感が増してしまうという問題があった。
【００２２】
また、図３９に示したように従来の立体ディスプレイでは、ディスプレイの視野範囲が限定されて周囲の環境が見えない。そのために、環境に即した実体感のある立体の物体表現ができなかった。又、現実の物体と隔離された表示となってしまうために物体の実在感を表現することが困難であった。
【００２３】
さらに、従来の立体ディスプレイは図４２に示すように、立体ディスプレイ２００での表示による発光は全方向に向けたものであるため、鑑賞者２０１の目が無い方向にも光を照射している。そのために、立体ディスプレイ２００が画像の表示を行う際に消費するエネルギーが大きくなりエネルギー効率が悪いという問題があった。
【００２４】
また図４３に示すような、凹面鏡２０７の光軸からずれた位置にディスプレイデバイス２０６を置き、凹面鏡２０７の前方に空中像２０８を結像させる従来の立体ディスプレイがある。しかし、この方式の立体ディスプレイでは、空中像２０８の結像位置が凹面鏡２０７の光軸からずれているために、収差が大きく焦点距離の長い凹面鏡２０７を用いる必要があり、装置が大型化するという問題があった。
【００２５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、外部から入射される外光の影響を除去し、実在感に優れた空中像を鮮明に表示することができる空中像表示装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明にかかる空中像表示装置は、所定の画像を空中で結像させて空中像を表示する空中像表示装置であって、空中像として表示する物体を示す画像を表示する表示手段と、この表示手段から出射された光線を空中像として結像させる光学部材と、外部から入射される外光を減光する減光手段とを備えることを特徴としている。
【００２７】
このような本発明にかかる空中像表示装置は、外部から入射されて内部で反射することによって再度外部へと出ていく外光を減光することにより、外光の影響を確実に除去することができることから、光学部材の存在を鑑賞者に把握される事態を回避することができる。したがって、本発明にかかる空中像表示装置は、実在感に優れた空中像を鮮明に表示することが可能となる。
【００２８】
具体的には、減光手段としては、円偏光素子及び偏光フィルタを、光学部材と空中像の結像位置との間に配置することによって構成することができる。
【００２９】
特に、減光手段としては、さらにハーフミラーを、光学部材と空中像の結像位置との間に配置するのが望ましい。これにより、本発明にかかる空中像表示装置は、外光がハーフミラーを通過するのに応じて減光の度合いが大きくなり、より効果的である。
【００３０】
この場合において、本発明にかかる空中像表示装置においては、光学部材を反射型光学素子とし、円偏光素子及び偏光フィルタを、ハーフミラーに対して非平行に配置することにより、円偏光素子及び偏光フィルタの存在に起因するゴースト像が結像する位置を変化させることができる。したがって、本発明にかかる空中像表示装置は、ゴースト像が鑑賞者による観察範囲から外れた位置に生じるように、円偏光素子及び偏光フィルタ並びにハーフミラーの配置を設定することにより、空中像を極めて鮮明に表示することが可能となる。
【００３１】
また、本発明にかかる空中像表示装置は、表示手段の表示画面上に、他の円偏光素子を備えるのが望ましい。これにより、本発明にかかる空中像表示装置は、表示手段から出射された光線が偏光フィルタを通過する際の偏光方向を、当該偏光フィルタに適したものとすることができ、当該偏光フィルタによって光量が削減されることがなく、空中像の明るさを十分確保することができる。
【００３２】
さらに、減光手段としては、減光フィルタを、光学部材と空中像の結像位置との間に配置することによっても構成することができる。
【００３３】
特に、減光手段として、さらにハーフミラーを、光学部材と空中像の結像位置との間に配置することにより、本発明にかかる空中像表示装置は、外光がハーフミラーを通過するのに応じて減光の度合いが大きくなり、より効果的である。
【００３４】
この場合において、本発明にかかる空中像表示装置においては、光学部材を反射型光学素子とし、減光フィルタを、ハーフミラーに対して非平行に配置することにより、減光フィルタの存在に起因するゴースト像が結像する位置を変化させ、極めて鮮明な空中像の表示を行うことが可能となる。
【００３５】
さらにまた、減光手段としては、さらに偏光フィルタを、光学部材と空中像の結像位置との間に配置することもできる。この場合、表示手段としては、偏光出力型のディスプレイを用いればよい。
【００３６】
この場合においても、本発明にかかる空中像表示装置においては、減光フィルタ及び偏光フィルタを、ハーフミラーに対して非平行に配置することにより、減光フィルタ及び偏光フィルタの存在に起因するゴースト像が結像する位置を変化させ、極めて鮮明な空中像の表示を行うことが可能となる。
【００３７】
また、本発明にかかる空中像表示装置は、外部から入射される外光を遮光する遮光手段を備えるようにしてもよい。これにより、本発明にかかる空中像表示装置は、余計な外光の影響を確実に除去し、より鮮明な空中像の結像に寄与することができる。
【００３８】
さらに、本発明にかかる空中像表示装置は、表示手段の表示画面上に、当該表示手段から出射される光線を屈折させる光学系を備えるようにしてもよい。これにより、本発明にかかる空中像表示装置は、表示手段から表示画面に対して垂直方向に光線を出射し、光学系によって屈折するように設定することができ、視野角特性を改善することができる。
【００３９】
なお、この光学系としては、平凸レンズ、又はフレネルレンズを用いて、容易に構成することができる。
【００４０】
また、本発明にかかる空中像表示装置においては、光学部材として、反射型光学素子、又は透過型光学素子のいずれも用いることができる。反射型光学素子としては、凹面鏡や反射型フレネルレンズを用いることができる。一方、透過型光学素子としては、透過型レンズや透過型フレネルレンズを用いることができる。
【００４１】
ここで、本発明にかかる空中像表示装置においては、光学部材が反射型光学素子である場合には、減光手段が反射型光学素子の光軸上に配置されているのが望ましく、これにより、反射型光学素子の光軸上で高効率に空中像を結像させることができ、空中像の収差を小さくすることができる。
【００４２】
さらに、表示手段としては、偏光出力型のディスプレイを用いることができ、直視型ディスプレイ、又は投射型ディスプレイのいずれも用いることができる。
【００４３】
また、本発明にかかる空中像表示装置においては、所定の画像を空中で結像させて空中像を表示する空中像表示装置であって、第一の画像および第二の画像を投影して両眼視差を有する画像を提示する視差表示部と、上記視差表示部から出射された光線を上記空中像として結像させる空中像結像部とを備え、上記視差表示部と上記空中像結像部とを一つの光軸上に配置したことを特徴とする。
【００４４】
視差表示部と空中像結像部とを一つの光軸上に配置したことにより、第一の画像と第二の画像を同一位置に空中像として結像するための光学的設計を容易に行うことができる。また、鑑賞者は、左右の眼の焦点を空中像の位置にあわせ、眼球の傾きも空中像が結像されている位置に向けることで空中像を立体的に認識することができる。したがって、立体を認識するための眼球輻輳と焦点距離が一致するために現実感のある立体像を容易に認識することが可能となり、立体映像の認識を通常の物体認識と同様に行うことで眼球の疲労感を低減することができる。
【００４５】
また、視差表示部が光を透過して画像を表示する透過型画像表示手段と、透過型画像表示手段に透過光を照射する背面光源とを備えることで、背面光源が射出する光のほとんどを利用して透過型画像表示手段の表示を照射することができるため、背面光源の使用するエネルギーを有効に利用して低消費エネルギーの空中像表示装置を実現できる。このとき、背面光源から射出された光線を屈折させる光源用光学部材を備えることで、透過型画像表示手段用の照明光を中間実像として提示することができる。
【００４６】
また、本発明にかかる空中像表示装置においては、視差表示部は、背面光源と透過型画像表示手段との間に配置された互いに偏光方向が異なる第一の偏光板および第二の偏光板と、第一の偏光板を透過した光で第一の画像を表示させ、第二の偏光板を透過した光で第二の画像を表示させる分割フィルターとを備える構成であってもよい。このとき、分割フィルターの例としては、偏光方向を変化させて光を透過する偏光方向回転部と、偏光方向を変化させずに光を透過する偏光方向非回転部と、所定の偏光方向の光のみを透過する第三の偏光板とを備えものがある。
【００４７】
また、本発明にかかる空中像表示装置においては、視差表示部が、第一の画像を表示する第一の画像表示部と、第二の画像を表示する第二の画像表示部とを備える構成であってもよい。このとき、視差表示部の例としては、第一の画像表示部から射出された第一の画像を反射し、第二の画像表示部から射出された第二の画像を透過して、第一の画像と第二の画像とを同一の光軸上に表示するハーフミラーを備えるものがある。
【００４８】
また、本発明にかかる空中像表示装置においては、視差表示部が、時間変化に応じて第一の画像と第二の画像とを切り替えて表示する画像表示部を有する構成であってもよい。空中像結像部は、反射型光学素子であり凹面鏡であるとしてもよく、透過型光学素子であり透過型レンズであるとしてもよい。
【００４９】
また、本発明にかかる空中像表示装置においては、空中像結像部が、空中像を結像する側に視差表示部から射出された光線を反射すると共に、空中像を結像する側と反対側である背景側からの光を透過する半透過型反射板を備えるとしてもよい。半透過型反射板によって鑑賞者側に空中像を反射して結像し、背景側からの光を透過することで、鑑賞者が視認する映像は視差表示部が投影する空中像の立体視に、背景を加えたものとなる。鑑賞者は単に空中像を認識するだけではなく背景も認識することが可能であるため、空中像をより実体のある物体に近い感覚で視認することが可能となる。
【００５０】
また、本発明にかかる空中像表示装置においては、鑑賞者と空中結像部との位置関係を検出する位置検出部と、位置検出部が検出した鑑賞者の位置に応じて、視差表示部が第一の画像および第二の画像を表示する位置を変更する表示位置変更手段とを備えるとしてもよい。鑑賞者の位置に応じて第一の画像と第二の画像を表示位置を変更することで、空中像の結像位置を変化させることができるため、鑑賞者の顔の位置が光軸中心から変動した場合にも、鑑賞者の左右の目にそれぞれ第一の画像と第二の画像を視認させることができる。
【００５１】
このとき位置検出部が、鑑賞者に対して赤外線を照射する赤外照射手段と、鑑賞者で反射された赤外線を検出する赤外光検出手段とを備えるとすることで、赤外光の照射と検出によって空中像の視認性を低下させずに鑑賞者の位置を検出することができる。
【００５２】
また、本発明にかかる空中像表示装置においては、視差表示部は、光を透過して画像を表示する透過型画像表示手段と、透過型画像表示手段に透過光を照射する背面光源と、背面光源と透過型画像表示手段との間に配置され、互いに偏光方法が異なる第一の偏光領域と第二の偏光領域との面積を変化させる偏光領域制御フィルターと、第一の偏光領域を透過した光で第一の画像を表示させ、第二の偏光領域を透過した光で第二の画像を表示させる分割フィルターとを備える構成としても良い。このとき、分割フィルターの例としては、偏光方向を変化させて光を透過する偏光方向回転部と、偏光方向を変化させずに光を透過する偏光方向非回転部と、所定の偏光方向の光のみを透過する第三の偏光板とを備えるものがある。
【００５３】
また、赤外線検出手段が偏光領域制御フィルターの鑑賞者側に配置され、偏光領域制御フィルターが、赤外線検出手段が検出した赤外線の強度が最大となる位置を第一の偏光領域と第二の偏光領域の境界とすることにより、鑑賞者の顔の位置が空中像結像レンズの光軸中心から変動した場合にも、赤外光の照射および検出と、赤外光強度が最大の位置を境にして第一の偏光領域と第二の偏光領域の境界を制御することによって、鑑賞者の左右の目にそれぞれ左目用画像と右目用画像を視認させることができる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５５】
この実施の形態は、所定の画像を空中で結像させて空中像を表示する空中像表示装置である。この空中像表示装置は、外部から入射される外光を減光することにより、実在感に優れた空中像を鮮明に表示することができるものである。
【００５６】
まず、第１の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、所定のディスプレイから出射された光線を空中像として結像させる光学部材として、いわゆる凹面鏡や反射型フレネルレンズ等の反射型光学素子を用いて構成されるものである。なお、ここでは、説明の便宜上、反射型光学素子として、凹面鏡を用いるものとして説明する。
【００５７】
図１に側断面図を示すように、この空中像表示装置１０は、画像を表示する表示手段としての偏光出力ディスプレイ１１と、この偏光出力ディスプレイ１１の表示画面上に配置された第１の円偏光素子１２と、反射型光学素子としての凹面鏡１３と、この凹面鏡１３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に配置されたハーフミラー１４、第２の円偏光素子１５、及び偏光フィルタ１６と、偏光出力ディスプレイ１１と対向して配置された遮光板１７とを備える。このうち、ハーフミラー１４、第２の円偏光素子１５、及び偏光フィルタ１６は、減光手段を構成する部材である。なお、同図においては、偏光出力ディスプレイ１１から出射される光線経路についても、矢印ａ，ｂ，ｃとしてあわせて示している。
【００５８】
偏光出力ディスプレイ１１は、空中像として表示する物体を示す静止画像や動画像を含む各種画像を表示する。この偏光出力ディスプレイ１１としては、例えば、液晶ディスプレイや自発光デバイスの表面に偏光フィルタを設置して構成されるディスプレイといった直視型ディスプレイを用いることができる。また、偏光ディスプレイ１１としては、いわゆるリアプロジェクション型液晶プロジェクタといった投写型ディスプレイを用いることもできる。この偏光出力ディスプレイ１１からは、図１中矢印ｄで示すように、紙面に対して水平方向に偏光した光線が出射され、この光線は、第１の円偏光素子１２に入射される。
【００５９】
第１の円偏光素子１２は、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面上に配置され、偏光出力ディスプレイ１１から出射された偏光方向が水平である直線偏光の光線を、円偏光に変化させる。
【００６０】
ここで、一般の円偏光素子について説明する。
【００６１】
円偏光素子とは、一般に、直線偏光の光線を１回通過させた場合には、当該光線が円偏光となり、直線偏光の光線を２回通過させた場合には、偏光方向が９０°回転する素子である。
【００６２】
この円偏光素子は、いわゆる１／４波長板を材質として構成することができる。１／４波長板は、ある方向に偏光した光線の位相を１／４波長、すなわち、９０°だけずらす機能を有する部材であり、当該１／４波長板を２枚重ねることにより、１／２波長板として機能する部材である。１／２波長板は、当該１／２波長板の軸方向の光線の位相を１８０°だけずらす機能を有する部材であり、例えば図２（Ａ）及び同図（Ｂ）に示すように、４５°だけ傾いた光線を入射すると、その光線のｘ方向成分を負値とし、入射光に対して偏光方向が９０°回転した出射光を出射する。したがって、１／４波長板は、例えば図３に示すように、当該１／４波長板を軸を揃えて２枚重ねることにより、１／２波長板として機能し、偏光方向を９０°回転させることができる。
【００６３】
なお、入射光は、実際には、偏光方向に振動しており、その振動をｙ方向成分及びｘ方向成分に分解すると、例えば図４（Ａ）及び同図（Ｂ）に示すようになり、時間ｔに対して振動波形がＡｓｉｎ（ωｔ）で表される。したがって、１／４波長板を通過した出射光は、ｙ方向成分及びｘ方向成分の振動波形が、それぞれ、例えば図５（Ａ）及び同図（Ｂ）に示すようになり、ｙ方向成分の振動波形は、Ａｓｉｎ（ωｔ）で表され、ｘ方向成分の振動波形は、Ａｓｉｎ（ωｔ−π／２）＝−Ａｃｏｓ（ωｔ）となる。これにより、１／４波長板を通過した出射光の偏光成分は、円方向に回転することになり、いわゆる円偏光となる。
【００６４】
このように、第１の円偏光素子１２は、偏光出力ディスプレイ１１から出射された偏光方向が水平である直線偏光の光線を、円偏光に変化させる。なお、図１中ｅで示す記号は、光線が円偏光であることを示すものである。この第１の円偏光素子１２を通過した光線は、ハーフミラー１４に入射される。
【００６５】
凹面鏡１３は、第１の円偏光素子１２によって円偏光とされ且つハーフミラー１４を介して入射された光線を反射する。なお、この凹面鏡１３に入射される光線及びこの凹面鏡１３から出射される光線は、図１中ｆで示す記号で表されるように、円偏光とされるのはいうまでもない。この凹面鏡１３によって反射された光線は、ハーフミラー１４に入射される。
【００６６】
ハーフミラー１４は、凹面鏡１３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面に対して所定の角度をもって配置され、第１の円偏光素子１２を通過した光線を入射すると、この光線を凹面鏡１３の方向へと反射する一方で、凹面鏡１３によって反射された光線を透過させる。このハーフミラー１４を透過した光線は、第２の円偏光素子１５に入射される。
【００６７】
第２の円偏光素子１５は、ハーフミラー１４と同様に、凹面鏡１３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面に対して所定の角度をもって配置され、ハーフミラー１４を透過した円偏光の光線を直線偏光に変化させる。より具体的には、第２の円偏光素子１５は、先に図２乃至図５を用いて説明したように、第１の円偏光素子１２と相俟って、偏光出力ディスプレイ１１から出射された光線の偏光方向を９０°回転させた偏光方向の光線を生み出すために設けられる。なお、図１中ｇで示す記号は、偏光方向が紙面に対して垂直であることを示すものである。この第２の円偏光素子１５を通過した光線は、偏光フィルタ１６に入射される。
【００６８】
偏光フィルタ１６は、ハーフミラー１４及び第２の円偏光素子１５と同様に、凹面鏡１３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面に対して所定の角度をもって配置され、第２の円偏光素子１５を通過した光線のうち所定の偏光方向の成分のみを通過させる。ここでは、偏光フィルタ１６は、図１中記号ｇで示すように、偏光方向が紙面に対して垂直である光線を通過させる。これにより、この偏光フィルタ１６を通過した光線は、所定の空間位置にて結像し、空中像ＲＩＭとして鑑賞者の眼球ＥＹＥによって視認されることになる。
【００６９】
遮光板１７は、偏光出力ディスプレイ１１と対向して配置され、鑑賞者側以外の領域から入射される外光を遮光するとともに、図示しない筐体や偏光出力ディスプレイ１１の表示画面等によって反射する外光を遮光する。空中像表示装置１０は、この遮光板１７を設けることにより、余計な外光の影響を確実に除去し、より鮮明な空中像ＲＩＭの結像に寄与することができる。
【００７０】
このような構成からなる空中像表示装置１０には、図６に側断面図を示すように、鑑賞者の眼球ＥＹＥの側から外光が入射される。具体的には、空中像表示装置１０においては、図６中矢印ａで示すように入射された外光が、まず、偏光フィルタ１６を通過する。このとき、偏光フィルタ１６は、図６中記号ｃで示すように、外光のうち偏光方向が紙面に対して垂直である直線偏光の光線のみを通過させる。さらに、空中像表示装置１０において、偏光フィルタ１６を通過した外光は、第２の円偏光素子１５を通過することにより、図６中記号ｄで示すように、円偏光に変化する。そして、空中像表示装置１０において、第２の円偏光素子１５を通過した外光は、ハーフミラー１４を透過した後、凹面鏡１３へと到達し、この凹面鏡１３によって反射される。
【００７１】
さらに、空中像表示装置１０において、凹面鏡１３によって反射された外光は、図６中矢印ｂで示すように、再度ハーフミラー１４を透過し、第２の円偏光素子１５に入射される。そして、空中像表示装置１０において、第２の円偏光素子１５に入射された外光は、当該第２の円偏光素子１５を通過することにより、直線偏光に変化する。これにより、第２の円偏光素子１５を通過した外光の偏光方向は、図６中矢印ｅで示すように、紙面に対して水平方向となる。したがって、空中像表示装置１０においては、第２の円偏光素子１５を通過した外光が偏光フィルタ１６を通過することができず、鑑賞者の眼球ＥＹＥに到達することはない。
【００７２】
このように、空中像表示装置１０においては、ハーフミラー１４、第２の円偏光素子１５、及び偏光フィルタ１６によって偏光方向を利用した外光に対する減光手段を構成することにより、凹面鏡１３によって反射した外光の影響を確実に除去することができることから、凹面鏡１３等の各種光学部材の存在を鑑賞者に把握される事態を回避することができ、結果として、実在感に優れた空中像ＲＩＭを鮮明に表示することが可能となる。このとき、空中像表示装置１０においては、減光手段を構成する部材を、凹面鏡１３の光軸上に配置することにより、凹面鏡１３の光軸上で高効率に空中像ＲＩＭを結像させることができることから、空中像ＲＩＭの収差を小さくすることができる。
【００７３】
ここで、空中像表示装置１０においては、第２の円偏光素子１５及び偏光フィルタ１６のみによっても減光手段を構成することができるが、ハーフミラー１４を設け、外光が当該ハーフミラー１４を２回通過するように構成していることから、このハーフミラー１４を設けることのみに起因して、１／４の光量にまで減光することができるのは特筆すべき事項である。
【００７４】
また、空中像表示装置１０においては、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面上に配置される第１の円偏光素子１２を設けない場合であっても、減光の効果に変化はない。しかしながら、空中像表示装置１０においては、この第１の円偏光素子１２を設けない場合には、偏光出力ディスプレイ１１から出射された偏光方向が水平である直線偏光の光線が、ハーフミラー１４及び第２の円偏光素子１５を通過することによって円偏光となることから、偏光フィルタ１６によって光量が５０％程度削減されることになり、その分、空中像ＲＩＭの明るさが暗くなってしまう。そこで、空中像表示装置１０においては、第１の円偏光素子１２を設けることにより、空中像ＲＩＭの明るさを十分確保することができ、より鮮明な空中像ＲＩＭの結像に寄与することができる。
【００７５】
なお、空中像表示装置１０としては、図７に側断面図を示すように、凹面鏡１３の代わりに、反射型フレネルレンズ１３’を用いて構成することもできる。
【００７６】
ここで、図８に示すように、１枚の平凸レンズの凸側に、アルミニウム等の金属をコーティングすることを考える。このような平凸レンズにおいて、同図中矢印で示す光線の軌跡のみを考えると、反射コーティング部分Ｔの場所だけ曲面が存在すれば、凹面鏡として作用することがわかる。さらに、この平凸レンズにおいては、図示しない他の光線についても、凸面が連続的に変化している必要はなく、所定の領域毎に部分的に分けて曲面を形成すれば、凹面鏡として作用することがわかる。
【００７７】
したがって、図９に示すように、曲面を同心円で分類して不連続に配置した反射型フレネルレンズは、凹面鏡と同様の作用を奏することがわかる。反射型フレネルレンズは、通常、曲面を１ｍｍ以下の同心円に分類して形成される。空中像表示装置１０においては、このような反射型フレネルレンズを用いることにより、薄型化を図ることが可能となる。
【００７８】
［第２の実施の形態］
つぎに、第２の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、減光手段として、円偏光素子を用いずに減光フィルタを用いて構成したものである。なお、この第２の実施の形態として示す空中像表示装置の説明では、第１の実施の形態として示した空中像表示装置１０と同様の部位については同一符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。また、ここでは、説明の便宜上、反射型光学素子として、凹面鏡を用いるものとして説明するが、上述したように、反射型フレネルレンズ等の他の部材であっても適用することができるのはいうまでもない。
【００７９】
図１０に側断面図を示すように、この空中像表示装置２０は、上述した偏光出力ディスプレイ１１、凹面鏡１３、及び遮光板１７の他に、凹面鏡１３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に配置されたハーフミラー２１、偏光フィルタ２２、及び減光フィルタ２３を備える。このうち、ハーフミラー２１、偏光フィルタ２２、及び減光フィルタ２３は、減光手段を構成する部材である。なお、同図においては、偏光出力ディスプレイ１１から出射される光線経路についても、矢印ａ，ｂ，ｃとしてあわせて示している。
【００８０】
ハーフミラー２１は、凹面鏡１３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面に対して所定の角度をもって配置され、偏光出力ディスプレイ１１から出射された図１０中矢印ｄで示す偏光方向の光線を入射すると、この光線を凹面鏡１３の方向へと反射する一方で、凹面鏡１３によって反射された光線を透過させる。このハーフミラー２１を透過した光線は、偏光フィルタ２２に入射される。
【００８１】
偏光フィルタ２２は、ハーフミラー２１と同様に、凹面鏡１３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面に対して所定の角度をもって配置され、ハーフミラー２１を透過した光線のうち所定の偏光方向の成分のみを通過させる。ここでは、偏光フィルタ２２は、同図中矢印ｅで示す偏光方向の光線を通過させる。この偏光フィルタ２２を通過した光線は、減光フィルタ２３に入射される。
【００８２】
減光フィルタ２３は、ハーフミラー２１及び偏光フィルタ２２と同様に、凹面鏡１３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面に対して所定の角度をもって配置され、偏光フィルタ２２を通過した光線を、例えば３０％といった所定の減衰率で減光する。この減光フィルタ２３を通過した光線は、所定の空間位置にて結像し、空中像ＲＩＭとして鑑賞者の眼球ＥＹＥによって視認されることになる。なお、減光フィルタ２３を通過した光線の光量は、当該減光フィルタ２３の減衰率が３０％である場合には、偏光フィルタ２２を通過した光線の光量に比べ、３０％減光されたものとなるが、この影響は、偏光出力ディスプレイ１１から出射される光線の光量を増加させる等の対策により、容易に除去することができる。
【００８３】
このような構成からなる空中像表示装置２０には、図１１に側断面図を示すように、鑑賞者の眼球ＥＹＥの側から外光が入射される。具体的には、空中像表示装置２０においては、図１１中矢印ａで示すように入射された外光が、まず、減光フィルタ２３を通過し、さらに、この減光フィルタ２３を通過した外光は、偏光フィルタ２２を通過する。このとき、偏光フィルタ２２は、図１０中矢印ｅで示したように、外光のうち偏光方向が紙面に対して水平である直線偏光の光線のみを通過させる。そして、空中像表示装置２０において、偏光フィルタ２２を通過した外光は、ハーフミラー２１を透過した後、凹面鏡１３へと到達し、この凹面鏡１３によって反射される。
【００８４】
さらに、空中像表示装置２０において、凹面鏡１３によって反射された外光は、図１１中矢印ｂで示すように、再度ハーフミラー２１を透過し、偏光フィルタ２２に入射される。そして、空中像表示装置２０において、偏光フィルタ２２を通過した外光は、減光フィルタ２３に入射する。
【００８５】
ここで、このような空中像表示装置２０における外光の減衰率を求めると、以下のようになる。
【００８６】
外光の減衰率は、当該外光の経路に設けられた部材のうち、減光に寄与する部材によって決定される。したがって、空中像表示装置２０における外光の減衰率は、「減光フィルタ２３の減衰率×偏光フィルタ２２の減衰率×ハーフミラー２１の減衰率×ハーフミラー２１の減衰率×減光フィルタ２３の減衰率」によって求めることができる。具体的には、ハーフミラー２１の減衰率を５０％とし、偏光フィルタ２２の減衰率を０．５％とし、減光フィルタ２３の減衰率を３０％とすると、外光の減衰率は、０．３×０．５×０．５×０．５×０．３＝０．０１１２５となる。したがって、空中像表示装置２０においては、入射された外光の光量の１．１２５％の光量にまで減光することができる。したがって、空中像表示装置２０においては、外光が鑑賞者の眼球ＥＹＥに到達することをなくすことができる。
【００８７】
なお、減光フィルタ２３を設けない場合における外光の減衰率は、「偏光フィルタ２２の減衰率×ハーフミラー２１の減衰率×ハーフミラー２１の減衰率」＝０．５×０．５×０．５＝０．１２５＝１２．５％となり、偏光フィルタ２２を設けずに減光フィルタ２３のみを設けた場合における外光の減衰率は、「減光フィルタ２３の減衰率×ハーフミラー２１の減衰率×ハーフミラー２１の減衰率×減光フィルタ２３の減衰率」＝０．３×０．５×０．５×０．３＝０．０２２５＝２．２５％となる。このことから、空中像表示装置２０においては、減光フィルタ２３を設けることによる減光の効果が極めて大きいことがわかる。
【００８８】
このように、空中像表示装置２０においては、ハーフミラー２１、偏光フィルタ２２、及び減光フィルタ２３によって外光に対する減光手段を構成することにより、凹面鏡１３によって反射した外光の影響を確実に除去することができ、結果として、実在感に優れた空中像ＲＩＭを鮮明に表示することが可能となる。この場合においても、空中像表示装置２０においては、偏光出力ディスプレイ１１やハーフミラー２１等を、凹面鏡１３の光軸上に配置することにより、凹面鏡１３の光軸上で高効率に空中像ＲＩＭを結像させることができることから、空中像ＲＩＭの収差を小さくすることができる。
【００８９】
なお、空中像表示装置２０においては、必ずしも偏光フィルタ２２を設けなくてもよく、この場合、ディスプレイとしては、偏光出力型である必要はない。
【００９０】
また、空中像表示装置２０においては、少なくとも減光フィルタ２３があれば減光手段を構成することができるが、第１の実施の形態として示した空中像表示装置１０と同様に、ハーフミラー２１を設けることのみに起因して、１／４の光量にまで減光することができる。
【００９１】
［第３の実施の形態］
つぎに、第３の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、所定のディスプレイから出射された光線を空中像として結像させる光学部材として、第１の実施の形態として示した空中像表示装置１０及び第２の実施の形態として示した空中像表示装置２０のように、反射型光学素子を用いるのではなく、透過型レンズや透過型フレネルレンズ等の透過型光学素子を用いて構成されるものである。なお、ここでは、説明の便宜上、透過型光学素子として、透過型レンズを用いるものとして説明するが、透過型フレネルレンズ等の他の部材であっても適用することができるのはいうまでもない。
【００９２】
図１２に側断面図を示すように、この空中像表示装置３０は、画像を表示する表示手段としての偏光出力ディスプレイ３１と、この偏光出力ディスプレイ３１の表示画面上に配置された第１の円偏光素子３２と、透過型光学素子としての透過型レンズ３３と、この透過型レンズ３３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に配置された第２の円偏光素子３４及び偏光フィルタ３５とを備える。このうち、第２の円偏光素子３４及び偏光フィルタ３５は、減光手段を構成する部材である。なお、同図においては、偏光出力ディスプレイ３１から出射される光線経路についても、矢印ａとしてあわせて示している。
【００９３】
偏光出力ディスプレイ３１は、上述した偏光出力ディスプレイ１１と同様に、空中像として表示する物体を示す静止画像や動画像を含む各種画像を表示する。この偏光出力ディスプレイ３１からは、図１２中矢印ｂで示すように、紙面に対して水平方向に偏光した光線が出射され、この光線は、第１の円偏光素子３２に入射される。
【００９４】
第１の円偏光素子３２は、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面上に配置され、偏光出力ディスプレイ３１から出射された偏光方向が水平である直線偏光の光線を、図１２中記号ｃで示すように、円偏光に変化させる。この第１の円偏光素子３２を通過した光線は、透過型レンズ３３に入射される。
【００９５】
透過型レンズ３３は、第１の円偏光素子３２によって円偏光とされた光線を透過させる。なお、この透過型レンズ３３に入射される光線及びこの透過型レンズ３３から出射される光線は、円偏光とされるのはいうまでもない。この透過型レンズ３３を透過した光線は、ディスプレイ本体３０’外の第２の円偏光素子３４に入射される。
【００９６】
第２の円偏光素子３４は、透過型レンズ３３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、偏光出力ディスプレイ３１に対して平行に配置され、透過型レンズ３３を透過した円偏光の光線を直線偏光に変化させる。すなわち、第２の円偏光素子３４は、第１の円偏光素子３２と相俟って、偏光出力ディスプレイ３１から出射された光線の偏光方向を９０°回転させた偏光方向の光線を生み出すために設けられる。なお、図１２中ｄで示す記号は、偏光方向が紙面に対して垂直であることを示すものである。この第２の円偏光素子３４を通過した光線は、偏光フィルタ３５に入射される。
【００９７】
偏光フィルタ３５は、第２の円偏光素子３４と同様に、透過型レンズ３３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、偏光出力ディスプレイ３１に対して平行に配置され、第２の円偏光素子３４を通過した光線のうち所定の偏光方向の成分のみを通過させる。ここでは、偏光フィルタ３５は、図１２中記号ｄで示すように、偏光方向が紙面に対して垂直である光線を通過させる。これにより、この偏光フィルタ３５を通過した光線は、所定の空間位置にて高効率で結像し、空中像ＲＩＭとして鑑賞者の眼球ＥＹＥによって視認されることになる。
【００９８】
このような構成からなる空中像表示装置３０には、図１３に側断面図を示すように、鑑賞者の眼球ＥＹＥの側から外光が入射される。具体的には、空中像表示装置３０においては、図１３中矢印ａ１，ａ２で示すように入射された外光が、まず、偏光フィルタ３５を通過する。このとき、偏光フィルタ３５は、図１３中記号ｃ１，ｃ２で示すように、外光のうち偏光方向が紙面に対して垂直である直線偏光の光線のみを通過させる。さらに、空中像表示装置３０において、偏光フィルタ３５を通過した外光は、第２の円偏光素子３４を通過することにより、図１３中記号ｄ１，ｄ２で示すように、円偏光に変化する。そして、空中像表示装置３０において、第２の円偏光素子３４を通過した外光は、透過型レンズ３３の表面や筐体等で反射される。また、空中像表示装置３０において、第２の円偏光素子３４を通過した外光は、図１３中矢印ａ３で示すように、透過型レンズ３３を透過して第１の円偏光素子３２へと到達し、この第１の円偏光素子３２の表面や筐体等で反射される場合もある。この透過型レンズ３３を透過して第１の円偏光素子３２へと到達した光線は、図１３中記号ｄ３で示すように、円偏光であることはいうまでもない。
【００９９】
空中像表示装置３０において、これら反射された外光は、図１３中矢印ｂ１，ｂ２，ｂ３で示すように、再度第２の円偏光素子３４に入射される。そして、空中像表示装置３０において、第２の円偏光素子３４に入射された外光は、当該第２の円偏光素子３４を通過することにより、直線偏光に変化する。これにより、第２の円偏光素子３４を通過した外光の偏光方向は、図１３中矢印ｅ１，ｅ２で示すように、紙面に対して水平方向となる。したがって、空中像表示装置３０においては、第２の円偏光素子３４を通過した外光が偏光フィルタ３５を通過することができず、鑑賞者の眼球ＥＹＥに到達することはない。
【０１００】
このように、空中像表示装置３０においては、第２の円偏光素子３４及び偏光フィルタ３５によって偏光方向を利用した外光に対する減光手段を構成することにより、透過型レンズ３３の表面や筐体等で反射した外光の影響を確実に除去することができることから、透過型レンズ３３等の各種光学部材の存在を鑑賞者に把握される事態を回避することができ、結果として、実在感に優れた空中像ＲＩＭを鮮明に表示することが可能となる。
【０１０１】
なお、空中像表示装置３０においては、第１の実施の形態として示した空中像表示装置１０と同様に、偏光出力ディスプレイ３１の表示画面上に配置される第１の円偏光素子３２を設けない場合であっても、減光の効果に変化はないが、この第１の円偏光素子３２を設けることにより、空中像ＲＩＭの明るさを十分確保することができ、より鮮明な空中像ＲＩＭの結像に寄与することができる。
【０１０２】
また、空中像表示装置３０としては、第２の実施の形態として示した空中像表示装置２０と同様に、減光フィルタを用いて減光手段を構成するようにしてもよく、同様の効果を得ることができる。すなわち、減光フィルタを用いる空中像表示装置３０としては、第１の円偏光素子３２及び第２の円偏光素子３４を設けずに、偏光フィルタ３５における鑑賞者側の面に減光フィルタを設ければよい。このとき、この空中像表示装置３０においては、上述した偏光フィルタ２２に相当する偏光フィルタ３５を必ずしも設けなくてもよく、この場合、ディスプレイとしては、偏光出力型である必要はない。
【０１０３】
［第４の実施の形態］
つぎに、第４の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、反射型光学素子を用いて構成されるものであり、減光手段を構成する部材を互いに平行に配置するのではなく、ハーフミラーに対して他の部材を非平行に配置するものである。なお、ここでは、第１の実施の形態として示した空中像表示装置１０における減光手段を構成する部材を互いに非平行に配置する場合について説明するものとする。したがって、この第４の実施の形態として示す空中像表示装置の説明では、空中像表示装置１０と同様の部位については同一符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。また、ここでは、説明の便宜上、反射型光学素子として、凹面鏡を用いるものとして説明するが、上述したように、反射型フレネルレンズ等の他の部材であっても適用することができるのはいうまでもない。
【０１０４】
まず、第１の実施の形態として示した空中像表示装置１０を用いて、減光手段を構成する部材を互いに平行に配置した場合に生じるおそれがある弊害について、図１４を用いて説明する。
【０１０５】
図１４に側断面図を示すように、空中像表示装置１０においては、偏光出力ディスプレイ１１から出射された光線が、図１４中矢印ａ，ｂ，ｃで示す経路で進行することにより、空中像ＲＩＭが結像される。
【０１０６】
しかしながら、空中像表示装置１０においては、偏光出力ディスプレイ１１から出射された光線が、図１４中矢印ａ’で示すように、ハーフミラー１４によって反射されずに透過し、第２の円偏光素子１５の表面で反射する場合がある。この場合、第２の円偏光素子１５の表面で反射された光線は、図１４中矢印ｂ’，ｃ’で示す経路で進行することから、空中像表示装置１０においては、本来の空中像ＲＩＭの近傍に、いわゆるゴースト像ＲＩＭ’が生じることになる。
【０１０７】
また、空中像表示装置１０においては、偏光出力ディスプレイ１１から出射された光線が、図１４中矢印ａ’’で示すように、ハーフミラー１４によって反射されず且つ第２の円偏光素子１５の表面でも反射されずに透過し、偏光フィルタ１６の表面で反射する場合もある。この場合、偏光フィルタ１６の表面で反射された光線は、図１４中矢印ｂ’’，ｃ’’で示す経路で進行することから、空中像表示装置１０においては、本来の空中像ＲＩＭの近傍に、さらに他のゴースト像ＲＩＭ’’が生じることになる。
【０１０８】
このように、空中像表示装置１０においては、減光手段を設けることに起因して、ゴースト像ＲＩＭ’，ＲＩＭ’’が発生し、鑑賞者の眼球ＥＹＥによって視認される可能性がある。
【０１０９】
そこで、減光手段を構成する部材を互いに平行に配置するのではなく、ハーフミラー１４に対して他の部材を非平行に配置することにより、このようなゴースト像ＲＩＭ’，ＲＩＭ’’を、鑑賞者からは視認できない方向へとずらすことを考える。
【０１１０】
具体的には、図１５に側断面図を示すように、空中像表示装置４０においては、第２の円偏光素子１５及び偏光フィルタ１６を、ハーフミラー１４に対して所定の角度をもって傾けて配置する。
【０１１１】
このような空中像表示装置４０においては、偏光出力ディスプレイ１１から出射された光線が、図１５中矢印ａ，ｂ，ｃで示す経路で進行することにより、本来の空中像ＲＩＭが結像される。
【０１１２】
また、空中像表示装置４０においては、偏光出力ディスプレイ１１から出射された光線のうち、図１５中矢印ａ’で示すように、ハーフミラー１４によって反射されずに透過して第２の円偏光素子１５の表面で反射された光線については、図１５中矢印ｂ’，ｃ’で示すように、鑑賞者の眼球ＥＹＥによる観察範囲から外れた位置に、ゴースト像ＲＩＭ’として結像される。
【０１１３】
同様に、空中像表示装置４０においては、偏光出力ディスプレイ１１から出射された光線のうち、図１５中矢印ａ’’で示すように、ハーフミラー１４によって反射されず且つ第２の円偏光素子１５の表面でも反射されずに透過し、偏光フィルタ１６の表面で反射された光線については、図１５中矢印ｂ’’，ｃ’’で示すように、鑑賞者の眼球ＥＹＥによる観察範囲から外れた位置に、ゴースト像ＲＩＭ’’として結像される。
【０１１４】
このように、空中像表示装置４０においては、第２の円偏光素子１５及び偏光フィルタ１６を配置する角度に応じて、ゴースト像ＲＩＭ’，ＲＩＭ’’が結像する位置を変化させることができる。したがって、空中像表示装置４０においては、ゴースト像ＲＩＭ’，ＲＩＭ’’が鑑賞者の眼球ＥＹＥによる観察範囲から外れた位置に生じるように、第２の円偏光素子１５及び偏光フィルタ１６を、ハーフミラー１４に対して所定の角度をもって傾けて配置することにより、本来の空中像ＲＩＭを極めて鮮明に表示することが可能となる。
【０１１５】
なお、図１５においては、ハーフミラー１４に対して紙面上で左回りに、第２の円偏光素子１５及び偏光フィルタ１６を傾けて配置している様子を示しているが、空中像表示装置４０においては、ハーフミラー１４に対して紙面上で右回りに、第２の円偏光素子１５及び偏光フィルタ１６を傾けて配置する場合であっても、同様の効果を得ることができる。
【０１１６】
また、空中像表示装置４０においては、第２の実施の形態として示した空中像表示装置２０と同様に、減光フィルタを用いて減光手段を構成した場合であっても、偏光フィルタ２２や減光フィルタ２３を、ハーフミラー２１に対して所定の角度をもって傾けて配置することにより、空中像ＲＩＭを極めて鮮明に表示することが可能となる。
【０１１７】
［第５の実施の形態］
次に、第５の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、偏光出力ディスプレイの表示画面上に、当該偏光出力ディスプレイから出射される光線を屈折させる光学系を設けたものである。なお、ここでは、第１の実施の形態として示した空中像表示装置１０における偏光出力ディスプレイ１１の表示画面上に光学系を設ける場合について説明するものとする。したがって、この第５の実施の形態として示す空中像表示装置の説明では、空中像表示装置１０と同様の部位については同一符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。また、ここでは、説明の便宜上、反射型光学素子として、凹面鏡を用いるものとして説明するが、上述したように、反射型フレネルレンズ等の他の部材であっても適用することができるのはいうまでもない。
【０１１８】
まず、第１の実施の形態として示した空中像表示装置１０を用いて、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面上に光学系を設けない場合について、図１６を用いて説明する。なお、同図においては、偏光出力ディスプレイ１１、凹面鏡１３、及びハーフミラー１４のみを図示しており、その他の部材は省略している。
【０１１９】
図１６に側断面図を示すように、空中像表示装置１０においては、偏光出力ディスプレイ１１からは、表示画面に対して垂直方向に光線が出射されるのではなく、図１６中矢印ａで示すように、斜め方向に光線が出射される。そして、空中像表示装置１０においては、図１６中矢印ｂ，ｃで示す経路で進行することにより、空中像ＲＩＭが結像される。
【０１２０】
この現象は、ハーフミラー１４を設けない場合における偏光出力ディスプレイ１１の等価位置１１’で考えると明らかである。すなわち、空中像表示装置１０においては、凹面鏡１３における反射位置の接平面ＴＦに対する垂線ＰＬに対して折り返すように、光線が反射されることから、偏光出力ディスプレイ１１から出射される光線が斜め方向に向いていないと、鑑賞者の眼球ＥＹＥにまで到達しないことになる。
【０１２１】
したがって、空中像表示装置１０においては、偏光出力ディスプレイ１１として、液晶ディスプレイのような視野角に依存するデバイスを用いた場合には、当該偏光出力ディスプレイ１１に表示される表示画像のコントラストが低下し、特に表示画像に示された物体の周囲の黒レベルが大きくなると、浮遊感の少ない空中像表示となってしまう。
【０１２２】
なお、液晶ディスプレイに限らず全てのディスプレイには、視野角依存が存在することから、このような問題は、全てのディスプレイについて生じるものである。
【０１２３】
そこで、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面上に、当該偏光出力ディスプレイ１１から出射される光線を屈折させる光学系を設けることにより、表示画面に対して垂直方向に光線を出射することを考える。
【０１２４】
具体的には、図１７に側断面図を示すように、空中像表示装置５０においては、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面上に、当該偏光出力ディスプレイ１１から出射される光線を屈折させる光学系として、平凸レンズ５１を設ける。
【０１２５】
このような空中像表示装置５０においては、偏光出力ディスプレイ１１からは、図１７中矢印ａで示すように、光線が表示画面に対して垂直方向に出射され、当該光線が平凸レンズ５１を透過後に屈折される。その後、空中像表示装置５０においては、平凸レンズ５１によって屈折された光線が、図１７中矢印ｂ，ｃ，ｄで示す経路で進行することにより、空中像ＲＩＭが結像される。
【０１２６】
このように、空中像表示装置５０においては、偏光出力ディスプレイ１１から表示画面に対して垂直方向に光線を出射して平凸レンズ５１によって屈折するように設定することにより、視野角特性を改善することができ、実在感に優れた空中像ＲＩＭを鮮明に表示することが可能となる。
【０１２７】
なお、図１７においては、光学系として平凸レンズ５１を用いた様子を示しているが、空中像表示装置５０においては、フレネルレンズを用いた場合であっても、同様の効果を得ることができる。
【０１２８】
また、上述した視野角に起因する問題は、反射型光学素子を用いて構成される場合のみならず、第３の実施の形態として示した空中像表示装置３０のような透過型光学素子を用いた場合にも生じるが、この場合にも、偏光出力ディスプレイの表示画面上に、同様の光学系を設ければよい。
【０１２９】
以上説明したように、第１の実施の形態乃至第５の実施の形態として示した空中像表示装置は、外部から入射される外光を減光する減光手段を設けることにより、実在感に優れた空中像を鮮明に表示することができ、鑑賞者に対して高い娯楽性を享受させることができる。
【０１３０】
［第６の実施の形態］
次に、第６の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、所定のディスプレイから出射された光線を空中像として結像させる光学部材として、いわゆる透過型レンズ等の透過型光学素子を用いて構成されるものである。なお、ここでは、説明の便宜上、透過型光学素子として凸レンズを用いるものとして説明する。
【０１３１】
図１８に側断面図を示すように、この空中像表示装置６０は、画像を表示する透過型画像表示手段としての液晶ディスプレイ６１と、この背面光源としての左目用バックライト装置６２Ｌおよび右目用バックライト装置６２Ｒと、照射光を直線偏光に変換する偏光板である左目用偏光フィルター６３Ｌおよび右目用偏光フィルター６３Ｒと、光源用光学部材としての照明用レンズ６４と、透過する光の偏光方向を決定する分割フィルターとしての空間分割フィルター６５と、空中像結像部としての空中像結像レンズ６６とを備える。このうち、液晶ディスプレイ６１、左目用バックライト装置６２Ｌ、右目用バックライト装置６２Ｒ、左目用偏光フィルター６３Ｌ、右目用偏光フィルター６３Ｒ、照明用レンズ６４、空間分割フィルター６５は、視差表示部を構成する部材である。
【０１３２】
液晶ディスプレイ６１は、透過型画像表示手段であり空中像として表示する物体を示す静止画像や動画像を含む各種画像を表示し、バックライト装置から照射された光を透過することで表示された画像の投影を行う。左目用バックライト装置６２Ｌおよび右目用バックライト装置６２Ｒは、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子を複数有する非偏光の光を発光する装置であり、それぞれ並列に配置されて液晶ディスプレイ６１が表示する画像を鑑賞者の左目および右目方向に照射する。左目用バックライト装置６２Ｌおよび右目用バックライト装置６２Ｒが光を照射する方向を照明用レンズ６４の範囲内に調整することで、発光に用いられるエネルギーを効率良く画像の照射に用いることができる。
【０１３３】
左目用偏光フィルター６３Ｌおよび右目用偏光フィルター６３Ｒは、それぞれ左目用バックライト装置６２Ｌおよび右目用バックライト装置６２Ｒの前面に配置された直線偏光板であり、バックライト装置から射出された光を直線偏光にする。左目用偏光フィルター６３Ｌと右目用偏光フィルター６３Ｒとの偏光方向は互いに異なる方向であり、互いに偏光方向が直交するように配置されている。
【０１３４】
照明用レンズ６４は透過型光学素子である凸レンズであり、バックライト装置と液晶ディスプレイ６１との間に配されて、左右のバックライト装置が発光して左右の偏光フィルターを透過した光を所定の焦点距離の位置に結像する。バックライト装置が発光した光は、照明用レンズ６４によって屈折された後に液晶ディスプレイ６１を透過するので、焦点位置には液晶ディスプレイ６１が表示している画像用の照明光が中間実像ＭＲＩＭとして結像することになる。
【０１３５】
空間分割フィルター６５は、左右の偏光フィルターを透過した直線偏光の光を透過するか遮断するかを決める部材であり、左目用偏光フィルター６３Ｌを透過した光は液晶ディスプレイ６１に表示された左目用の画像のみを照射し、右目用偏光フィルター６３Ｒを透過した光は液晶ディスプレイ６１に表示された右目用の画像のみを照射する。
【０１３６】
空中像結像レンズ６６は透過型光学素子である凸レンズであり、液晶ディスプレイ６１と鑑賞者との間に配されて、液晶ディスプレイ６１の像を所定の焦点距離の位置に空中像ＲＩＭとして結像する。中間実像ＭＲＩＭは左目用バックライト装置６２Ｌと右目用バックライト装置６２Ｒから照射された光が照明用レンズ６４によって結像された画像であり、左目用バックライト装置６２Ｌと右目用バックライト装置６２Ｒとは光軸に対して並列に配置されているので、左目用バックライト装置６２Ｌが発光した光と右目用バックライト装置６２Ｒが発光した光とは異なる経路をたどる。したがって、空中像ＲＩＭを結像した後の左目用バックライト装置６２Ｌが照射する光の進行方向と右目用バックライト装置６２Ｒが照射する光の進行方向とは、光軸に対して平行ではなくそれぞれ鑑賞者の左目と右目方向に分離したものとなる。これによって、同一の位置に空中像ＲＩＭとして結像された左目用の画像と右目用の画像とを、鑑賞者の左右の目に別々に認識させて両眼視差によって立体像の認識を行うことが出来る。
【０１３７】
鑑賞者は、左右の眼の焦点を空中像ＲＩＭの位置にあわせ、眼球の傾きも空中像ＲＩＭが結像されている位置に向けることで空中像ＲＩＭを立体的に認識することができる。したがって、立体を認識するための眼球輻輳と焦点距離が一致するために現実感のある立体像を容易に認識することが可能となり、立体映像の認識を通常の物体認識と同様に行うことで眼球の疲労感を低減することができる。
【０１３８】
次に、液晶ディスプレイ６１に表示した左目用の画像と右目用の画像を、それぞれ左目用バックライト装置６２Ｌと右目用バックライト装置６２Ｒとで照射するための視差表示部の構造と動作について説明する。
【０１３９】
空間分割フィルター６５の構造の一例と左目用偏光フィルター６３Ｌ、右目用偏光フィルター６３Ｒの偏光方向との関係を図１９に示す。空間分割フィルター６５は、直線偏光の光の偏光方向を変化させず透過する偏光方向非回転部６５Ｎと、直線偏光の光の偏光方向を９０°回転して透過する偏光方向回転部６５Ｌと、液晶ディスプレイ６１のバックライト装置側に形成された直線偏光板６１Ｂとで構成されている。偏光方向回転部６５Ｌは、１／２波長板を用いることで、バックライト装置から照射された光の偏光方向を９０°回転して透過させる。
【０１４０】
偏光方向非回転部６５Ｎと偏光方向回転部６５Ｌとはそれぞれ液晶ディスプレイ６１の横幅と同等の長さの矩形状の部材であり、複数の偏光方向非回転部６５Ｎと偏光方向回転部６５Ｌとが交互にストライプ状に配されて液晶ディスプレイ６１の面全体と同等の大きさの板状部材を形成している。また、直線偏光板６５Ｂは液晶ディスプレイ６１の表示面と略同一形状の偏光板であり、偏光方向は左目用偏光フィルター６３Ｌまたは右目用偏光フィルター６３Ｒの偏光方向と同一である。したがって、例えば直線偏光板６５Ｂの偏光方向が左目用偏光フィルター６３Ｌの偏光方向と同一である場合には、右目用偏光フィルター６３Ｒの偏光方向とは直交する偏光方向となる。
【０１４１】
図２０を用いて空間分割フィルター６５による光の透過と遮断について説明する。説明の簡便化のために偏光方向非回転部６５Ｎと偏光方向回転部６５Ｌとによって形成される板状部材と直線偏光板６５Ｂとの間を離して説明を行う。図中の矢印は光の偏光方向を示しており、縦方向の矢印は紙面に平行方向の直線偏光を表し、斜め方向の矢印は紙面に垂直方向の直線偏光を表している。直線偏光板６５Ｂはここでは紙面に平行方向の直線偏光のみを通過する偏光板であるとする。
【０１４２】
図２０（ａ）は、左目用偏光フィルター６３Ｌを透過した紙面に垂直方向の直線偏光が空間分割フィルター６５に入射した場合の光の透過を説明する図である。偏光方向回転部６５Ｌに入射した紙面に垂直方向の直線偏光は、偏光方向が９０°回転されるために紙面に平行方向の直線偏光となり、直線偏光板６５Ｂおよび液晶ディスプレイ６１を透過して鑑賞者の左目に到達する。偏光方向非回転部６５Ｎに入射した紙面に垂直方向の直線偏光は、偏光方向が紙面に垂直のまま通過するので、直線偏光板６５Ｂによって遮られて液晶ディスプレイ６１には到達しない。したがって、鑑賞者の左目は偏光方向回転部６５Ｌに入射した光のみを認識することになる。
【０１４３】
図２０（ｂ）は、同様に右目用偏光フィルター６３Ｒを透過した紙面に平行方向の直線偏光が空間分割フィルター６５に入射した場合の光の透過を説明する図である。偏光方向回転部６５Ｌに入射した紙面に平行方向の直線偏光は、偏光方向が９０°回転されるために紙面に垂直方向の直線偏光となり、直線偏光板６５Ｂによって遮られて液晶ディスプレイ６１には到達しない。偏光方向非回転部６５Ｎに入射した紙面に平行方向の直線偏光は、偏光方向が紙面に平行のまま通過するので、直線偏光板６５Ｂおよび液晶ディスプレイ６１を透過して鑑賞者の右目に到達する。したがって、鑑賞者の右目は偏光方向非回転部６５Ｎに入射した光のみを認識することになる。
【０１４４】
鑑賞者の左目が認識する光線は偏光方向回転部６５Ｌを通過した光であり、偏光方向回転部６５Ｌを透過した光が照射する液晶ディスプレイ６１の領域をＬ１、Ｌ３、Ｌ５とする。同様に、鑑賞者の右目が認識する光線は変更方向非回転部６５Ｎを通過した光であり、偏光方向非回転部６５Ｎを透過した光が照射する液晶ディスプレイ６１の領域をＬ２、Ｌ４とする。したがって、液晶ディスプレイ６１のＬ１、Ｌ３、Ｌ５領域には鑑賞者の左目に認識させる画像を表示し、Ｌ２、Ｌ４領域には鑑賞者の右目に認識される画像を表示させることで、鑑賞者の両目に異なる画像を認識させることが可能となる。図で示した液晶ディスプレイ６１の領域Ｌ１〜Ｌ５は、５つ以上の領域であってもよいのは当然であり、液晶ディスプレイ６１の画素で構成される水平ライン毎に交互に左目用画像と右目用画像を表示するとしてよい。
【０１４５】
次に図２１を用いて、液晶ディスプレイ６１の水平ライン毎に交互に左目用画像と右目用画像を表示するための視差画像信号生成システムについて説明する。視差画像信号生成システムは、ワークステーションなどの情報処理手段６７と、左用スキャンコンバータ６８Ｌと、右用スキャンコンバータ６８Ｒと、信号スイッチング回路６９とによって構成されている。
【０１４６】
情報処理手段６７は、鑑賞者に立体として認識させる立体画像を仮想空間内の３次元ポリゴンデータとして計算により生成し、３次元ポリゴンデータに関して左目に相当する位置から見た左目用画像と右目に相当する位置から見た右目用画像とを計算によりそれぞれ２次元画像として生成する。情報処理手段６７は、生成した左目用画像のデータを左用スキャンコンバータ６８Ｌに送出し、右目用画像のデータを右用スキャンコンバータ６８Ｒに送出する。
【０１４７】
左用スキャンコンバータ６８Ｌおよび右用スキャンコンバータ６８Ｒは、液晶ディスプレイ６１の水平ライン毎に画像の表示を行うために、２次元画像を水平ライン毎のデータとして信号スイッチング回路６９に送出する装置である。左用スキャンコンバータ６８Ｌと右用スキャンコンバータ６８Ｒは、信号スイッチング回路６９へ左目用画像と右目用画像を水平ライン毎に送出する際に、画像表示の水平同期と垂直同期を調整して画像データの送出を行う。
【０１４８】
信号スイッチング回路６９は、左用スキャンコンバータ６８Ｌと右用スキャンコンバータ６８Ｒから送出される左右の画像データを切り替えて、空中像表示装置６０の液晶ディスプレイ６１に送出する制御回路である。具体的には、液晶ディスプレイ６１の水平同期のタイミングに合わせて、左用スキャンコンバータ６８Ｌから送出される左目用画像と、右用スキャンコンバータ６８Ｒから送出される右目用画像とを水平ライン毎に液晶ディスプレイ６１に送出するように回路の切替を行う。液晶ディスプレイ６１には水平ライン毎に、左目用画像のデータと右目用画像のデータが送出されるため、偶数ラインでは右目用画像を表示し、奇数ラインでは左目用画像を表示することになる。
【０１４９】
このように、視差画像信号生成システムを用いることで、液晶ディスプレイ６１の水平ライン毎に交互に左目用画像と右目用画像とを表示することができる。したがって図２０を用いて説明したように、空間分割フィルター６５を用いて左目用画像と右目用画像とをそれぞれ左目用バックライト装置６２Ｌと右目用バックライト装置６２Ｒで照射して両眼視差を実現することができる。
【０１５０】
上述して説明した空中像表示装置６０を用いた空中像ＲＩＭの表示では、バックライト装置が発光した光の大部分を液晶ディスプレイ６１の照射に利用することが出来るため、立体映像の表示に必要なエネルギーを低減することが可能である。また、結像される空中像ＲＩＭでは、左目用画像と右目用画像とが同じ位置に結像されるため、現実の物体を認識するのと同様に両目の輻輳角度と焦点距離を調整することで鑑賞者が立体像を視認することができ、立体映像の認識に際する疲労感を低減することが可能となる。
【０１５１】
［第７の実施の形態］
次に、第７の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、所定のディスプレイから出射された光線を空中像として結像させる光学部材として、いわゆる凹面鏡や反射型フレネルレンズ等の反射型光学素子を用いて構成されるものである。なお、ここでは、説明の便宜上、反射型光学素子として凹面鏡を用いるものとして説明する。なお、本実施の形態では視差表示部を第６の実施の形態として示した空中像表示装置６０とほぼ同様の構成であるとし、第６の実施の形態とは空中像結像部が異なるとする。したがって、この第７の実施の形態として示す空中像表示装置７０の説明では、先に説明した空中像表示装置６０と同様の部位については同一符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。また、ここでは、説明の便宜上、反射型光学素子として、凹面鏡を用いるものとして説明するが、上述したように、反射型フレネルレンズ等の他の部材であっても適用することができるのはいうまでもない。
【０１５２】
図２２および図２３に本実施の形態における空中像表示装置７０の構成について説明する。図２２は空中像表示装置７０と鑑賞者を側方から見た場合の構成を示す断面模式図であり、図２３は鑑賞者の背後から見た場合の構成を示す模式図である。
【０１５３】
この空中像表示装置７０は、画像を表示する透過型画像表示手段としての液晶ディスプレイ６１と、この背面光源としての左目用バックライト装置６２Ｌおよび右目用バックライト装置６２Ｒと、照射光を直線偏光に変換する偏光板である左目用偏光フィルター６３Ｌおよび右目用偏光フィルター６３Ｒと、光源用光学部材としての照明用レンズ６４と、透過する光の偏光方向を決定する分割フィルターとしての空間分割フィルター６５と、第１の円偏光素子７２と、空中像結像部の反射型光学素子としての凹面鏡７３と、この凹面鏡７３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に配置されたハーフミラー７４、第２の円偏光素子７５、及び偏光フィルタ７６と、遮光板７７とを備える。このうち、液晶ディスプレイ６１、左目用バックライト装置６２Ｌ、右目用バックライト装置６２Ｒ、左目用偏光フィルター６３Ｌ、右目用偏光フィルター６３Ｒ、照明用レンズ６４、空間分割フィルター６５、第１の円偏光素子７２は、視差表示部を構成する部材である。また、凹面鏡７３、ハーフミラー７４、第２の円偏光素子７５、偏光フィルタ７６、遮光板７７は空中像結像部を構成する部材である。
【０１５４】
第１の円偏光素子７２は、液晶ディスプレイ６１の表示画面上に配置され、液晶ディスプレイ６１から出射された偏光方向が水平である直線偏光の光線を、円偏光に変化させる。視差表示部が左目用画像と右目用画像を空中像結像部に対して照射する方法は上述した第６の実施の形態を用いて説明したものと同様である。
【０１５５】
凹面鏡７３は、第１の円偏光素子７２によって円偏光とされ且つハーフミラー７４を介して入射された光線を反射する。なお、この凹面鏡７３に入射される光線及びこの凹面鏡７３から出射される光線は、円偏光とされるのはいうまでもない。この凹面鏡７３によって反射された光線は、ハーフミラー７４に入射される。
【０１５６】
ハーフミラー７４は、凹面鏡７３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、液晶ディスプレイ６１の表示画面に対して所定の角度をもって配置される。ハーフミラー７４は、第１の円偏光素子７２を通過した光線が入射すると、この光線を凹面鏡７３の方向へと反射する一方で、凹面鏡７３によって反射された光線を透過させる。このハーフミラー７４を透過した光線は、第２の円偏光素子７５に入射される。
【０１５７】
第２の円偏光素子７５は、ハーフミラー７４と同様に、凹面鏡７３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、液晶ディスプレイ６１の表示画面に対して所定の角度をもって配置され、ハーフミラー７４を透過した円偏光の光線を直線偏光に変化させる。より具体的には、第２の円偏光素子７５は、第１の円偏光素子７２と相俟って、液晶ディスプレイ６１から出射された光線の偏光方向を９０°回転させた偏光方向の光線を生み出すために設けられる。この第２の円偏光素子７５を通過した光線は、偏光フィルタ７６に入射される。
【０１５８】
偏光フィルタ７６は、ハーフミラー７４及び第２の円偏光素子７５と同様に、凹面鏡７３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、液晶ディスプレイ６１の表示画面に対して所定の角度をもって配置され、第２の円偏光素子７５を通過した光線のうち所定の偏光方向の成分のみを通過させる。ここでは、偏光フィルタ７６は、例えば偏光方向が紙面に対して垂直である直線偏光の光線を通過させる。これにより、この偏光フィルタ７６を通過した光線は、所定の空間位置にて結像し、空中像ＲＩＭとして鑑賞者の眼球ＥＹＥによって視認されることになる。
【０１５９】
遮光板７７は、液晶ディスプレイ６１と対向して配置され、鑑賞者側以外の領域から入射される外光を遮光するとともに、図示しない筐体や液晶ディスプレイ６１の表示画面等によって反射する外光を遮光する。空中像表示装置７０は、この遮光板７７を設けることにより、余計な外光の影響を確実に除去し、より鮮明な空中像ＲＩＭの結像に寄与することができる。
【０１６０】
このような構成からなる空中像表示装置７０には、鑑賞者の眼球ＥＹＥの側から外光が入射される。具体的には、空中像表示装置７０においては、入射された外光がはじめに偏光フィルタ７６を通過する。このとき偏光フィルタ７６は、例えば外光のうち偏光方向が紙面に対して垂直である直線偏光の光線のみを通過させる。さらに、空中像表示装置７０において、偏光フィルタ７６を通過した外光は第２の円偏光素子７５を通過することにより円偏光に変化する。そして、空中像表示装置７０において第２の円偏光素子７５を通過した外光は、ハーフミラー７４を透過した後に凹面鏡７３へと到達し、この凹面鏡７３によって反射される。
【０１６１】
さらに空中像表示装置７０において、凹面鏡７３によって反射された外光は、再度ハーフミラー７４を透過し、第２の円偏光素子７５に入射される。そして、空中像表示装置７０において第２の円偏光素子７５に入射された外光は、当該第２の円偏光素子７５を通過することにより直線偏光に変化する。これにより、第２の円偏光素子７５を通過した外光の偏光方向は、紙面に対して水平方向となる。したがって、空中像表示装置７０においては、第２の円偏光素子７５を通過した外光が偏光フィルタ７６を通過することができず、鑑賞者の眼球ＥＹＥに到達することはない。
【０１６２】
このように、空中像表示装置７０においては、ハーフミラー７４、第２の円偏光素子７５、及び偏光フィルタ７６によって偏光方向を利用した外光に対する減光手段を構成することにより、凹面鏡７３によって反射した外光の影響を確実に除去することができることから、凹面鏡７３等の各種光学部材の存在を鑑賞者に把握される事態を回避することができ、結果として、実在感に優れた空中像ＲＩＭを鮮明に表示することが可能となる。このとき、空中像表示装置７０においては、減光手段を構成する部材を、凹面鏡７３の光軸上に配置することにより、凹面鏡７３の光軸上で高効率に空中像ＲＩＭを結像させることができることから、空中像ＲＩＭの収差を小さくすることができる。
【０１６３】
また、空中像表示装置７０を用いた空中像ＲＩＭの表示では、バックライト装置が発光した光の大部分を液晶ディスプレイ６１の照射に利用することが出来るため、立体映像の表示に必要なエネルギーを低減することが可能である。また、結像される空中像ＲＩＭでは、左目用画像と右目用画像とが同じ位置に結像されるため、現実の物体を認識するのと同様に両目の輻輳角度と焦点距離を調整することで鑑賞者が立体像を視認することができ、立体映像の認識に際する疲労感を低減することが可能となる。
【０１６４】
［第８の実施の形態］
次に、第８の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、左目用の画像を表示する表示装置と右目用の画像を表示する表示装置を個別に備え、二つの表示装置が照射する左目用画像と右目用画像の光線をハーフミラーを用いて同一光軸上の光とするものである。
【０１６５】
図２４に側断面図を示すように、この空中像表示装置８０は、画像を表示する透過型画像表示手段としての左目用液晶ディスプレイ８１Ｌおよび右目用液晶ディスプレイ８１Ｒと、背面光源としての左目用バックライト装置８２Ｌおよび右目用バックライト装置８２Ｒと、光源用光学部材としての左照明用レンズ８４Ｌおよび右目照明用レンズ８４Ｒと、半透過型反射板であるハーフミラー８５と、空中像結像部としての空中像結像レンズ８６とを備える。このうち、左目用液晶ディスプレイ８１Ｌ、右用液晶ディスプレイ８１Ｒ、左目用バックライト装置８２Ｌ、右目用バックライト装置８２Ｒ、左目照明用レンズ８４Ｌ、右目照明用レンズ８４Ｒ、およびハーフミラー８５は、視差表示部を構成する部材である。
【０１６６】
左目用液晶ディスプレイ８１Ｌおよび右目用液晶ディスプレイ８１Ｒは、透過型画像表示手段であり空中像として表示する物体を示す静止画像や動画像を含む各種画像を表示し、バックライト装置から照射された光を透過することで、それぞれ表示された左目用画像および右目用画像の投影を行う。左目用バックライト装置８２Ｌおよび右目用バックライト装置８２Ｒは、例えばＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子を複数有する非偏光の光を発光する装置であり、それぞれ左用液晶ディスプレイ８１Ｌおよび右目用液晶ディスプレイ８１Ｒの背面側に配置されて、表示される画像を鑑賞者の左目および右目方向に照射する。
【０１６７】
左目照明用レンズ８４Ｌおよび右目照明用レンズ８４Ｒは透過型光学素子である凸レンズであり、それぞれ、左目用バックライト装置８２Ｌと左用液晶ディスプレイ８１Ｌの間、右目用バックライト装置８２Ｒと右目用液晶ディスプレイ８１Ｒの間に配されて、左右のバックライト装置が発光した光を所定の焦点距離の位置に結像する。
【０１６８】
空中像表示装置８０では、左目用液晶ディスプレイ８１Ｌ、左目用バックライト装置８２Ｌおよび左目照明用レンズ８４Ｌによって左目用画像の表示と投影を行う左投影光学系を構成し、右用液晶ディスプレイ８１Ｒ、右目用バックライト装置８２Ｒおよび右目照明用レンズ８４Ｒによって右目用画像の表示と投影を行う右投影光学系を構成する。左投影光学系と右投影光学系とは、図に示すように画像の投影を行う光の進行方向である光軸が直角となるように配置されている。
【０１６９】
ハーフミラー８５は、一方の面から入射した光を反射して他方の面から入射した光を透過する半透過型反射板であり、図２４では左目用バックライト装置８２Ｌからの光を透過し、右目用バックライト装置８２Ｒからの光を反射するように配置されている。また、ハーフミラー８５は、左投影光学系の光軸および右投影光学系の光軸と互いに４５度の角度となるように配置されている。
【０１７０】
左右のバックライト装置が発光した光は、それぞれ左目照明用レンズ８４Ｌおよび右目照明用レンズ８４Ｒによって屈折された後に、それぞれ左目用液晶ディスプレイ８１Ｌおよび右目用液晶ディスプレイ８１Ｒを透過し、左目目用バックライト装置８２Ｌが発光した光はハーフミラー８５を透過し、右目用バックライト装置８２Ｒが発光した光はハーフミラー８５で反射される。左投影光学系の光軸と右投影光学系の光軸は直行し、ハーフミラー８５は二つの光軸と４５度の角度を成しているため、左目照明用レンズ８４Ｌおよび右目照明用レンズ８４Ｒの焦点距離を調整することにより、同一光軸上の同じ位置に左目用画像と右目用画像の照明光が中間実像ＭＲＩＭとして結像することになる。
【０１７１】
空中像結像レンズ８６は透過型光学素子である凸レンズであり、視差表示部と鑑賞者との間に配されて、液晶ディスプレイ８１Ｌ，８１Ｒの像を所定の焦点距離の位置に空中像ＲＩＭとして結像する。中間実像ＭＲＩＭは左目用バックライト装置８２Ｌと右目用バックライト装置８２Ｒから照射された光がそれぞれ左照明用レンズ８４Ｌおよび右照明用レンズ８４Ｒによって結像された実像であり、左目用バックライト装置８２Ｌと右目用バックライト装置８２Ｒの光軸に対する位置を調整することで、左目用バックライト装置８２Ｌが発光した光と右目用バックライト装置８２Ｒが発光した光とは異なる経路をたどる。したがって、空中像ＲＩＭを結像した後の左目用バックライト装置８２Ｌが照射する光の進行方向と右目用バックライト装置８２Ｒが照射する光の進行方向とは、光軸に対して平行ではなくそれぞれ鑑賞者の左目と右目方向に分離したものとなる。これによって、同一の位置に空中像ＲＩＭとして結像された左目用の画像と右目用の画像とを、鑑賞者の左右の目に別々に認識させて両眼視差によって立体像の認識を行うことが出来る。
【０１７２】
鑑賞者は、左右の眼の焦点を空中像ＲＩＭの位置にあわせ、眼球の傾きも空中像ＲＩＭが結像されている位置に向けることで空中像ＲＩＭを立体的に認識することができる。したがって、立体を認識するための眼球輻輳と焦点距離が一致するために現実感のある立体像を容易に認識することが可能となり、立体映像の認識を通常の物体認識と同様に行うことで眼球の疲労感を低減することができる。
【０１７３】
［第９の実施の形態］
次に、第９の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、一つの表示装置に左目用画像と右目用画像を交互に表示して時分割型の空中像表示を行うものである。
【０１７４】
図２５に側断面図を示すように、この空中像表示装置９０は、画像を表示する透過型画像表示手段としての液晶ディスプレイ９１と、この背面光源としての左目用バックライト装置９２Ｌおよび右目用バックライト装置９２Ｒと、光源用光学部材としての照明用レンズ９４と、空中像結像部としての空中像結像レンズ９６とを備える。このうち、液晶ディスプレイ９１、左目用バックライト装置９２Ｌ、右目用バックライト装置９２Ｒ、照明用レンズ９４は、視差表示部を構成する部材である。
【０１７５】
図２６は、液晶ディスプレイ９１と左目用バックライト装置９２Ｌおよび右目用バックライト装置９２Ｒの駆動信号を示すグラフである。図中横軸は時間経過を表しており、図中上段のグラフは液晶ディスプレイ９１に伝達されるビデオ信号を示し、中段は左目用バックライト装置９２Ｌの点灯・消灯動作を示し、下段は右目用バックライト装置９２Ｒの点灯・消灯動作を示している。空中像表示装置９０では、液晶ディスプレイ９１に左目用画像と右目用画像を交互に表示し、左目用画像を一画面分表示し終わった時点で左目用バックライト装置９２Ｌを点灯し、右目用画像を一画面分表示し終わった時点で右目用バックライト装置９２Ｒを点灯し、表示とバックライト装置の点灯を同期させる。
【０１７６】
図２７は液晶ディスプレイ９１と左目用バックライト装置９２Ｌおよび右目用バックライト装置９２Ｒの駆動信号の他の例を示すグラフである。液晶ディスプレイ９１に左目用画像と右目用画像を表示する際に、一画面分の画像を表示した後に維持期間を設けて、維持期間中に左目用バックライト装置９２Ｌまたは右目用バックライト装置９２Ｒの点灯を行う。維持期間を長く設定することでバックライト装置によって画像が照射される時間を長くして光量を確保し、良好な立体映像の表示を行うことが可能となる。
【０１７７】
空中像表示装置９０では、上述した第６の実施の形態と同様にして、左目用バックライト装置９２Ｌが点灯したときに左目用画像の空中像ＲＩＭが空中像結像レンズ９６の前面に結像され、右目用バックライト装置９２Ｒが点灯したときに右目用画像の空中像ＲＩＭが空中像結像レンズ９６の前面に結像される。鑑賞者は交互に結像される左目用画像と右目用画像とを視認することで立体映像を認識することができる。
【０１７８】
［第１０の実施の形態］
次に、第１０の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、視差表示部が投影する左目用画像と右目用画像をハーフミラーによって反射して空中像ＲＩＭとして結像し、ハーフミラーの背面側から入射する外部からの光と空中像ＲＩＭとを同時に観察者が視認するものである。
【０１７９】
図２８に側断面図を示すように、この空中像表示装置１１０は、画像を表示する透過型画像表示手段としての液晶ディスプレイ１１１と、この背面光源としての左目用バックライト装置１１２Ｌおよび右目用バックライト装置１１２Ｒと、光源用光学部材としての照明用レンズ１１４と、ハーフミラー１１５と、結像用光学部材としての空中像結像レンズ１１６とを備える。このうち、液晶ディスプレイ１１１、左目用バックライト装置１１２Ｌ、右目用バックライト装置１１２Ｒ、照明用レンズ１１４は、視差表示部を構成する部材である。また、ハーフミラー１１５と空中像結像レンズ１１６は空中像結像部を構成する部材である。
【０１８０】
ここでは、視差表示部として第９の実施の形態に示したと同様の時分割型の構成を示しているので、同様の部材についての説明および左目用画像の照射と右目用画像の照射に関する説明は省略する。また、視差表示部としては時分割型のものではなく、第６の実施の形態に示したバックライト装置の前面に偏光フィルターを配置し、液晶ディスプレイと照明用レンズとの間に分割フィルターを配置する構成のものを用いてもよく、第８の実施の形態に示した左投影光学系と右投影光学系の投影する二つの画像をハーフミラーで同一の光軸上に結像する構成を用いても良い。
【０１８１】
ハーフミラー１１５は、一方の面に入射した光を反射して他方の面に入射した光を透過する半透過型反射板であり、視差表示部から照射されたバックライト装置の光軸と４５度の角度を成すように配置されている。
【０１８２】
空中像結像レンズ１１６は透過型光学素子である凸レンズであり、視差表示部の液晶ディスプレイ１１１の画像を所定の焦点距離の位置に空中像ＲＩＭとして結像する。
【０１８３】
視差表示部が投影する右目用画像と左目用画像の照明光は中間実像ＭＲＩＭとして結像され、空中像結像レンズ１１６で光線が屈折された後にハーフミラー１１５で反射されて鑑賞者の前面で空中像ＲＩＭとして結像される。上述したように、左目用画像を鑑賞者が左目で認識し、右目用画像を鑑賞者が右目で認識することで鑑賞者は立体映像を視認することができる。同時に、鑑賞者の視線の延長線上にはハーフミラー１１５が配置されているため、鑑賞者の目にはハーフミラー１１５の背面側から入射した光も到達することになる。
【０１８４】
したがって、鑑賞者が視認する映像は視差表示部が投影する空中像ＲＩＭの立体視に、ハーフミラー１１５の背景を加えたものとなる。鑑賞者は単に空中像ＲＩＭを認識するだけではなく背景も認識することが可能であるため、鑑賞者は空中像ＲＩＭをより実体のある物体に近い感覚で視認することが可能となる。尚、左目用バックライト装置１１２Ｌと右目用バックライト装置１１２Ｒは、紙面に対して、垂直方向に並んで配置される。
【０１８５】
［第１１の実施の形態］
次に、第１１の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、視差表示部が投影する左目用画像と右目用画像をハーフミラーによって反射して空中像ＲＩＭとして結像し、ハーフミラーの背面側から入射する外部からの光と空中像ＲＩＭとを同時に観察者が視認するものである。また空中像結像部には凹面鏡を用いている。
【０１８６】
図２９に側断面図を示すように、この空中像表示装置１２０は、画像を表示する透過型画像表示手段としての液晶ディスプレイ１２１と、この背面光源としての左目用バックライト装置１２２Ｌおよび右目用バックライト装置１２２Ｒと、第１の円偏光素子１２３と、光源用光学部材としての照明用レンズ１２４と、空中像結像部の反射型光学素子としての凹面鏡１２５と、この凹面鏡１２５と中間実像ＭＲＩＭの結像位置との間に配置されたハーフミラー１２６、第２の円偏光素子１２７、及び偏光フィルタ１２８とを備える。
【０１８７】
このうち、液晶ディスプレイ１２１、左目用バックライト装置１２２Ｌ、右目用バックライト装置１２２Ｒ、第１の円偏光素子１２３、照明用レンズ１２４は、視差表示部を構成する部材である。また、凹面鏡１２５とハーフミラー１２６、第２の円偏光素子１２７、及び偏光フィルタ１２８は空中像結像部を構成する部材である。
【０１８８】
ここでは、視差表示部として第９の実施の形態に示したと同様の時分割型の構成を示しているので、同様の部材についての説明および左目用画像の照射と右目用画像の照射に関する説明は省略する。また、視差表示部としては時分割型のものではなく、第６の実施の形態に示したバックライト装置の前面に偏光フィルターを配置し、液晶ディスプレイと照明用レンズとの間に分割フィルターを配置する構成のものを用いてもよく、第８の実施の形態に示した左投影光学系と右投影光学系の投影する二つの画像をハーフミラーで同一の光軸上に結像する構成を用いても良い。
【０１８９】
第１の円偏光素子１２３は、液晶ディスプレイ１２１の表示画面上に配置され、液晶ディスプレイ１２１から出射された偏光方向が水平である直線偏光の光線を、円偏光に変化させる。視差表示部が左目用画像と右目用画像を空中像結像部に対して照射する方法は上述した第９の実施の形態を用いて説明したものと同様である。
【０１９０】
凹面鏡１２５は、第１の円偏光素子１２３によって円偏光とされ且つハーフミラー１２６を透過して入射された光線を反射する。なお、この凹面鏡１２５に入射される光線及びこの凹面鏡１２５から出射される光線は、円偏光とされるのはいうまでもない。この凹面鏡１２５によって反射された光線は、ハーフミラー１２６の反射面に入射される。
【０１９１】
ハーフミラー１２６は、凹面鏡１２５と中間実像ＭＲＩＭの結像位置との間に位置して、液晶ディスプレイ１２１の表示画面に対して所定の角度をもって配置される。ハーフミラー１２６は、第１の円偏光素子１２３を通過した光線が透過面に入射すると、この光線を凹面鏡１２５の方向へと透過する一方で、凹面鏡１２５によって反射された光線を鑑賞者方向に反射させる。このハーフミラー１２６を透過した光線は、第２の円偏光素子１２７に入射される。また、ハーフミラー１２６の光を透過する面には背景である外部光線が入射し、外部光線はハーフミラー１２６を透過して鑑賞者方向へと進む。
【０１９２】
第２の円偏光素子１２７は、ハーフミラー１２６と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、ハーフミラー１２６側から入射した光のうち円偏光の光線を直線偏光に変化させる。この第２の円偏光素子１２７を通過した光線は、偏光フィルタ１２８に入射される。
【０１９３】
偏光フィルタ１２８は第２の円偏光素子１２７と同様に、ハーフミラー１２６と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、第２の円偏光素子１２７を通過した光線のうち所定の偏光方向の成分のみを通過させる。このとき、偏光フィルタ１２８が透過する偏光方向を、第１の円偏光素子１２３と第２の円偏光素子１２７によって決定される偏光方向の光線を通過させると設定する。これにより、この偏光フィルタ１２８を通過した光線は、所定の空間位置にて結像し、空中像ＲＩＭとして鑑賞者の眼球ＥＹＥによって視認されることになる。
【０１９４】
同時に、鑑賞者の視線の延長線上にはハーフミラー１２６が配置されているため、鑑賞者の目にはハーフミラー１２６の背面側から入射した光も到達することになる。したがって、鑑賞者が視認する映像は視差表示部が投影する空中像ＲＩＭの立体視に、ハーフミラー１２６の背景を加えたものとなる。鑑賞者は単に空中像ＲＩＭを認識するだけではなく背景も認識することが可能であるため、鑑賞者は空中像ＲＩＭをより実体のある物体に近い感覚で視認することが可能となる。尚、左目用バックライト装置１２２Ｌと右目用バックライト装置１２２Ｒは、紙面に対して、垂直方向に並んで配置される。
【０１９５】
［第１２の実施の形態］
次に、第１２の実施の形態として示す空中像表示装置について図３０を用いて説明する。本実施の形態の空中像表示装置１３０は、上述した第７の実施の形態と類似した構成であり、第７の実施の形態で所定のディスプレイから出射された光線を空中像として結像させる光学部材として用いた凹面鏡として凹面ハーフミラー１３１を用いた点のみが異なる。したがって、この第７の実施の形態として示す空中像表示装置１３０の説明では、先に説明した空中像表示装置７０と同様の部位については同一符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。
【０１９６】
凹面ハーフミラー１３１は、凹面側に入射した光を反射して凸面側に入射した光を透過する半透過型の凹面鏡である。空中像表示装置７０が左目用画像と右目用画像の空中像ＲＩＭを所定の位置に結像する方法は、先に述べた第７の実施の形態と同様であり、左目用画像を鑑賞者が左目で認識し、右目用画像を鑑賞者が右目で認識することで鑑賞者は立体映像を視認することができる。
【０１９７】
同時に、鑑賞者の視線の延長線上にはハーフミラー７４と凹面ハーフミラー１３１が配置されているため、鑑賞者の目にはハーフミラー７４と凹面ハーフミラー１３１の背面側から入射した光も到達することになる。したがって、鑑賞者が視認する映像は視差表示部が投影する空中像ＲＩＭの立体視に、凹面ハーフミラー１３１の背景を加えたものとなる。鑑賞者は単に空中像ＲＩＭを認識するだけではなく背景も認識することが可能であるため、鑑賞者は空中像ＲＩＭをより実体のある物体に近い感覚で視認することが可能となる。
【０１９８】
［第１３の実施の形態］
次に、第１３の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、鑑賞者の頭部位置を検出して、鑑賞者の位置に応じて空中像ＲＩＭを結像する位置を変化させるものである。
【０１９９】
図３１に光学系の上面図を示すように、この空中像表示装置１３０は、画像を表示する透過型画像表示手段としての液晶ディスプレイ１４１と、この背面光源としてのバックライト装置１４２と、照射光を直線偏光に変換する偏光板である偏光フィルター１４３と、偏光領域制御フィルターとしての分割液晶シャッター１４４と、光源用光学部材としての照明用レンズ１４５と、透過する光の偏光方向を決定する分割フィルターとしての空間分割フィルター１４６と、空中像結像部としての空中像結像レンズ１４７と、鑑賞者の位置を検出する位置検出部１４８とを備える。このうち、液晶ディスプレイ１４１、バックライト装置１４２、偏光フィルター１４３、分割液晶シャッター１４４、照明用レンズ１４５、空間分割フィルター１４６は、視差表示部を構成する部材である。
【０２００】
液晶ディスプレイ１４１は、透過型画像表示手段であり空中像として表示する物体を示す静止画像や動画像を含む各種画像を表示し、バックライト装置１４２から照射された光を透過することで表示された画像の投影を行う。バックライト装置１４２は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子を複数有する非偏光の光を発光する装置であり、液晶ディスプレイ１４１が表示する画像を鑑賞者の方向に照射する。バックライト装置１４２が光を照射する方向を照明用レンズ１４５の範囲内に調整することで、発光に用いられるエネルギーを効率良く画像の照射に用いることができる。
【０２０１】
偏光フィルター１４３は、バックライト装置１４２の前面に配置された直線偏光板であり、バックライト装置１４２から射出された光を直線偏光にする。
【０２０２】
分割液晶シャッター１４４は、偏光フィルター１４３の前面に配置されたＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶素子であり、ＴＮ液晶のＯＮ領域とＯＦＦ領域を変更することで左目用領域１４４Ｌと右目用領域１４４Ｒ領域の面積を変化させ、偏光フィルター１４３を透過した直線偏光の偏光方向を回転させる領域とそのまま透過させる領域の変更を行う。ここでは、一例として分割液晶シャッター１４４のＴＮ液晶がＯＮの領域を偏光方向を回転させない左目用領域１４４Ｌとし、ＴＮ液晶がＯＦＦの領域を偏光方向を９０度回転出せる右目用領域１４４Ｒとする。
【０２０３】
照明用レンズ１４５は透過型光学素子である凸レンズであり、バックライト装置１４２と液晶ディスプレイ１４１との間に配されて、バックライト装置１４２が発光して偏光フィルター１４３および分割液晶シャッター１４４を透過した光を所定の焦点距離の位置に結像する。バックライト装置１４２が発光した光は、照明用レンズ１４５によって屈折された後に液晶ディスプレイ１４１を透過するので、焦点位置には液晶ディスプレイ１４１をが表示している照明光が中間実像ＭＲＩＭとして結像することになる。
【０２０４】
空間分割フィルター１４６は、偏光フィルターを１４３と分割液晶シャッター１４４を透過した直線偏光の光を透過するか遮断するかを決める部材であり、左目用領域１４４Ｌを透過した光は液晶ディスプレイ１４１に表示された左目用の画像のみを照射し、右目用領域１４４Ｒを透過した光は液晶ディスプレイ１４１に表示された右目用の画像のみを照射する。
【０２０５】
空中像結像レンズ１４７は透過型光学素子である凸レンズであり、液晶ディスプレイ１４１と鑑賞者との間に配されて、液晶ディスプレイ１４５の像を所定の焦点距離の位置に空中像ＲＩＭとして結像する。中間実像ＭＲＩＭはバックライト装置１４２から照射された光が照明用レンズ１４５によって結像された実像であり、分割液晶シャッター１４４の左目用領域１４４Ｌと右目用領域１４４Ｒとが光軸に対して並列に配置されているので、左目用画像と右目用画像とは異なる経路をたどる。したがって、空中像ＲＩＭを結像した後の左目用画像の光の進行方向と右目用画像の光の進行方向とは、光軸に対して平行ではなくそれぞれ鑑賞者の左目と右目方向に分離したものとなる。これによって、同一の位置に空中像ＲＩＭとして結像された左目用の画像と右目用の画像とを、鑑賞者の左右の目に別々に認識させて両眼視差によって立体像の認識を行うことが出来る。
【０２０６】
鑑賞者は、左右の眼の焦点を空中像ＲＩＭの位置にあわせ、眼球の傾きも空中像ＲＩＭが結像されている位置に向けることで空中像ＲＩＭを立体的に認識することができる。したがって、立体を認識するための眼球輻輳と焦点距離が一致するために現実感のある立体像を容易に認識することが可能となり、立体映像の認識を通常の物体認識と同様に行うことで眼球の疲労感を低減することができる。
【０２０７】
位置検出部１４８は、空中像結像レンズ１４７の周縁部に配置された赤外光を照射する赤外照射手段である赤外ランプ１４８ａと、赤外光の検出をする赤外検出手段１４８ｂとを備え、赤外ランプ１４８ａが鑑賞者に対して照射した赤外光を赤外検出手段１４８ｂが検出する。鑑賞者の照射は赤外光で行うため観察者は照明光の明るさを知覚できず、赤外光の照射によって空中像の視認性が低下することは無い。
【０２０８】
次に図３２を用いて、液晶ディスプレイ１４１に表示した左目用の画像と右目用の画像を、それぞれ分割液晶シャッター１４４の左目用領域１４４Ｌと右目用領域１４４Ｒを透過した光で照射するための偏光方向の制御について説明する。
【０２０９】
本実施の形態では、先に述べた第６の実施の形態における左目用偏光フィルター６３Ｌおよび右目用偏光フィルター６３Ｒに代えて、偏光フィルターを１４３および分割液晶シャッター１４４を用いてバックライト装置１４２が照射した光を互いに偏光方向が直交する２種類の直線偏光にするものである。
【０２１０】
分割液晶シャッター１４４では、位置検出部１４８が検出した鑑賞者の位置に応じて、ＴＮ液晶がＯＮである左目用領域１４４ＬとＴＮ液晶がＯＦＦの領域である右目用領域１４４Ｒの面積比が決定される。バックライト装置１４２が発光した非偏光の光は、偏光フィルター１４３を透過することで一方向の直線偏光になる。偏光フィルター１４３を通過した光は、左目用領域１４４Ｌを透過した場合には偏光方向が維持されたまま照明用レンズ１４５に到達し、右目用領域１４４Ｒを透過した場合には偏光方向が９０度回転されて照明用レンズ１４５に到達する。
【０２１１】
左目用領域１４４Ｌと右目用領域１４４Ｒを透過した光は互いに偏光方向が直交した直線偏光の光なので、上述した第６の実施の形態と同様に、空間分割フィルター１４６の動作によって左目用領域１４４Ｌを透過した光によって左目用画像を照射し、右目用領域１４４Ｒを透過した光によって右目用画像を照射する。空間分割フィルター１４６の構成および動作は上述した第６の実施の形態で図１９乃至図２１を用いて説明したもので同様である。
【０２１２】
左目用領域１４４Ｌと右目用領域１４４Ｒの面積比を変更することで、空中像結像レンズ１４７の光軸中心に対する左目用領域１４４Ｌと右目用領域１４４Ｒの位置が変化するため、空中像ＲＩＭが結像される位置も空中像結像レンズ１４７の光軸中心から変動し、ソレに伴って鑑賞者が空中像ＲＩＭを立体像として視認できる方向も変化する。
【０２１３】
次に図３３を用いて、位置検出部１４８と分割液晶シャッター１４４により空中像ＲＩＭの結像位置を変化させる方法と構成について説明する。位置検出部１４８は上述した様に、赤外ランプ１４８ａと赤外検出手段１４８ｂとを備え、赤外ランプ１４８ａが鑑賞者に対して赤外光を照射し、鑑賞者の顔で反射された赤外光を赤外検出手段１４８ｂが検出するものである。本実施の形態では、赤外検出手段１４８ｂを分割液晶シャッター１４４の上部に配置し、赤外検出手段１４８ｂが検出した赤外光のデータを信号処理回路１４８ｃに送出する。信号処理回路１４８ｃが赤外光のデータ処理を行った結果は液晶シャッター制御回路１４８ｄに伝達され、液晶シャッター制御回路１４８ｄは分割液晶シャッター１４４のＴＮ液晶のＯＮ領域とＯＦＦ領域を変化させて、左目用領域１４４Ｌと右目用領域１４４Ｒの面積比率を制御する。
【０２１４】
赤外ランプ１４８ａによって赤外線が照射された鑑賞者の顔からは赤外光が反射し、鑑賞者の顔で反射された赤外光の一部は空中像結像レンズ１４７に入射し、空中像結像レンズ１４７、液晶ディスプレイ１４１、空間分割フィルター１４６、照明用レンズ１４５を透過して赤外検出手段１４８ｂまで到達する。赤外検出手段１４８ｂは、鑑賞者の顔によって反射されて到達した赤外光の強度分布を測定し、測定結果を信号処理回路１４８ｃに送出する。信号処理回路１４８ｃは、赤外検出手段１４８ｂが検出した赤外線強度が最大の位置を偏光境界として設定し、液晶シャッター制御回路１４８ｄに偏光境界の情報を伝達する。液晶シャッター制御回路１４８ｄでは、偏光境界に対応する位置を境界としてＴＮ液晶のＯＮ領域とＯＦＦ領域を分離する。
【０２１５】
赤外検出手段１４８ｂが検出した赤外光の強度が最大の位置は、鑑賞者の顔の中心によって反射された赤外光を検出していると考えられる。また、バックライト装置１４２が発光した光は分割液晶シャッター１４４を透過した後に、鑑賞者から反射されて赤外検出手段まで到達した赤外光線の経路を逆に進行していくため、偏光境界によって左右に分離された左目用領域１４４Ｌを透過した光は鑑賞者の左目に到達し、右目用領域１４４Ｒを透過した光は鑑賞者の右目に到達する。したがって、鑑賞者の顔の位置が空中像結像レンズ１４７の光軸中心から変動した場合にも、赤外光の照射および検出と、赤外光強度が最大の位置を境にしてＴＮ液晶のＯＮとＯＦＦを制御することによって、鑑賞者の左右の目にそれぞれ左目用画像と右目用画像を視認させることができる。
【０２１６】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した第３の実施の形態では、遮光板を備えないものとして説明したが、本発明は、透過型光学素子を用いる場合であっても、鑑賞者側以外の領域から入射される外光を遮光するとともに、筐体や偏光出力ディスプレイの表示画面等によって反射する外光を遮光するための遮光板を、適宜備えるようにしてもよい。
【０２１７】
また、本発明は、上述した複数の実施の形態の特徴を、可能な範囲で適宜組み合わせることも可能である。
【０２１８】
このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【０２１９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明にかかる空中像表示装置は、外部から入射される外光を減光することにより、光学部材の存在を鑑賞者に把握される事態を回避することができ、結果として、実在感に優れた空中像を鮮明に表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図２】１／２波長板の機能を説明するための図であり、（Ａ）は、１／２波長板を正面方向から見たときの入射光及び出射光の偏光方向を示し、（Ｂ）は、１／２波長板を斜め方向から見たときの入射光及び出射光の偏光方向を示す図である。
【図３】１／４波長板の機能を説明するための図であり、１／４波長板を２枚重ねた場合に斜め方向から見たときの入射光及び出射光の偏光方向を示す図である。
【図４】入射光の振動波形を説明する図であり、（Ａ）は、ｙ方向成分の振動波形を示し、（Ｂ）は、ｘ方向成分の振動波形を示す図である。
【図５】１／４波長板を通過した出射光の振動波形を説明する図であり、（Ａ）は、ｙ方向成分の振動波形を示し、（Ｂ）は、ｘ方向成分の振動波形を示す図である。
【図６】同空中像表示装置の構成を説明する側断面図であり、外光の経路を説明するための図である。
【図７】同空中像表示装置の他の構成を説明する側断面図である。
【図８】金属がコーティングされた平凸レンズの側面図である。
【図９】反射型フレネルレンズの側面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図１１】同空中像表示装置の構成を説明する側断面図であり、外光の経路を説明するための図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図１３】同空中像表示装置の構成を説明する側断面図であり、外光の経路を説明するための図である。
【図１４】減光手段を構成する部材を互いに平行に配置した例としての空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図１６】偏光出力ディスプレイの表示画面上に光学系を設けない例としての空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図１７】本発明の第５の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図１８】本発明の第６の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図１９】図１８に示した空間分割フィルターの構造の一例と左目用偏光フィルター、右目用偏光フィルターの偏光方向との関係を示す模式斜視図である。
【図２０】図１９に示した空間分割フィルターによる光の透過と遮断について説明した模式図であり、図２０（ａ）は鑑賞者の左目に入射する光の経路を示し、図２０（ｂ）は鑑賞者の右目に入射する光の経路を示している。
【図２１】液晶ディスプレイの水平ライン毎に交互に左目用画像と右目用画像を表示するための視差画像信号生成システムについて説明するブロック図である。
【図２２】本発明の第７の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図２３】本発明の第７の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を鑑賞者側からみた断面図である。
【図２４】本発明の第８の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図２５】本発明の第９の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図２６】液晶ディスプレイと左目用バックライト装置および右目用バックライト装置の駆動信号を示すグラフである。
【図２７】液晶ディスプレイと左目用バックライト装置および右目用バックライト装置の駆動信号を示す他の例のグラフである。
【図２８】本発明の第１０の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図２９】本発明の第１１の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図３０】本発明の第１２の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図３１】本発明の第１３の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図３２】液晶ディスプレイに表示した左目用の画像と右目用の画像を、それぞれ分割液晶シャッターの左目用領域と右目用領域を透過した光で照射するための偏光方向の制御について説明した模式図である。
【図３３】位置検出部と分割液晶シャッターにより空中像の結像位置を変化させる方法と構成について説明した模式図である。
【図３４】従来の透過型光学素子を用いたシステムの構成を説明する側断面図である。
【図３５】図３４に示すシステムが備えるディスプレイデバイスに表示する表示画像の例として、物体の周囲を黒くした映像を表示している様子を説明する図である。
【図３６】図３５に示す表示画像に基づいて空中像が表示されている様子を説明する図である。
【図３７】従来の反射型光学素子を用いたシステムの構成を説明する側断面図である。
【図３８】従来の立体ディスプレイを視聴するための構成を示した図であり、立体視のために眼鏡の装着が必要な例を示している。
【図３９】図３８に示した立体ディスプレイで立体映像を視認する原理を示す模式図である。
【図４０】図３９に示した立体ディスプレイと液晶シャッター眼鏡の駆動方法を示すグラフである。
【図４１】従来の立体ディスプレイで鑑賞者が立体映像を視認するための眼球輻輳と焦点調整を説明する模式図である。
【図４２】従来の立体ディスプレイでの発光方向と、鑑賞者が認識するために必要な光の照射方向とを示す模式図である。
【図４３】従来の凹面鏡を用いた立体ディスプレイの構成と光軸の関係を示す側断面図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１１０，１２０，１３０ 空中像表示装置
１１，３１ 偏光出力ディスプレイ
１２，３２ 第１の円偏光素子
１３，７３，１２５ 凹面鏡
１３’ 反射型フレネルレンズ
１４，２１，７４，８５，１１５ ハーフミラー
１５，３４ 第２の円偏光素子
１６，２２，３５，７６，１２８，１４３ 偏光フィルタ
１７，７７ 遮光板
２３ 減光フィルタ
３３ 透過型レンズ
５１ 平凸レンズ
６１，９１，１１１，１２１，１４１ 液晶ディスプレイ
６１Ｂ 直線偏光板
６２Ｒ，８２Ｒ，９２Ｒ，１１２Ｒ，１２２Ｒ 右目用バックライト装置
６２Ｌ，８２Ｌ，９２Ｌ，１１２Ｌ，１２２Ｌ 左目用バックライト装置
６３Ｒ 右目用偏光フィルター
６３Ｌ 左目用偏光フィルター
６４，９４，１１４，１２４，１４５ 照明用レンズ
６５，１４６ 空間分割フィルター
６５Ｌ 偏光方向回転部
６５Ｎ 偏光方向非回転部
６５Ｂ 直線偏光板
６６，８６，９６，１１６，１４７ 空中像結像レンズ
６７ 情報処理手段
６８Ｒ 右用スキャンコンバータ
６８Ｌ 左用スキャンコンバータ
６９ 信号スイッチング回路
７２，７５，１２３，１２６，１２７ 円偏光素子
８１Ｒ 右目用液晶ディスプレイ
８１Ｌ 左目用液晶ディスプレイ
８４Ｒ 右目照明用レンズ
８４Ｌ 左目照明用レンズ
１３１ 凹面ハーフミラー
１４２ バックライト装置
１４４ 分割液晶シャッター
１４４Ｒ 右目用領域
１４４Ｌ 左目用領域
１４８ 位置検出部
１４８ａ 赤外ランプ
１４８ｂ 赤外検出手段
１４８ｃ 信号処理回路
１４８ｄ 液晶シャッター制御回路
ＭＲＩＭ 中間実像
ＥＹＥ 眼球
ＲＩＭ 空中像
ＲＩＭ’，ＲＩＭ’’ ゴースト像
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の画像を空中で結像させて空中像を表示する空中像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、いわゆるヘッドマウントディスプレイ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＨＭＤ）等のように、画像を空中で結像させて現実感のある仮想空間を実現する試みがなされている。この種のディスプレイとしては、ヘッドマウントディスプレイのように、レンズの奥方向にて画像を空中像として結像させているものもある一方で、レンズの前方にて画像を空中像として結像させているものもある。
【０００３】
具体的には、この種の空中像結像の原理は、例えば図３４に示すように、画像を表示する所定のディスプレイデバイス１０１と、このディスプレイデバイス１０１に表示された表示画像ＩＭを空中に投影する透過型レンズ等の透過型光学素子１０２とからなるディスプレイ本体１００によるシステムを用いて説明することができる。すなわち、この種の技術は、焦点距離がｆである透過型光学素子１０２を用いて、ディスプレイデバイス１０１に表示された表示画像ＩＭを、当該透過型光学素子１０２と鑑賞者の眼球ＥＹＥとの間に空中像ＲＩＭとして結像させている。ここで、透過型光学素子１０２の主平面１０３とディスプレイデバイス１０１との間の距離をｍとし、透過型光学素子１０２の主平面１０３と空中像ＲＩＭとの間の距離をｎとすると、ガウスの公式により、次式（１）が成立し、この次式（１）を変形することによって次式（２）が成立する。
（１／ｍ）＋（１／ｎ）＝１／ｆ ・・・（１）
ｎ＝ｆｍ／（ｍ−ｆ） ・・・（２）
【０００４】
これにより、この種の技術においては、ディスプレイデバイス１０１に表示された表示画像ＩＭが、透過型光学素子１０２と眼球ＥＹＥとの間であって当該透過型光学素子１０２の主平面１０３からｆｍ／（ｍ−ｆ）だけ離隔された位置に、実像たる空中像ＲＩＭとして結像される。このとき、この種の技術においては、ディスプレイデバイス１０１に表示する表示画像ＩＭとして、例えば図３５に示すように物体の周囲を黒くした映像を表示することにより、鑑賞者ＶＷは、例えば図３６に示すように、特殊な眼鏡を用いることなく、恰も表示画像ＩＭに示された物体のみが空中に浮遊し、当該鑑賞者ＶＷが物体を把持することができるかのように、視認することができる。
【０００５】
また、この種の技術は、先に図３４に示した透過型光学素子１０２の代わりに、いわゆる凹面鏡等の反射型光学素子を用いて実現することもできる。すなわち、例えば図３７に示すように、反射型光学素子１０４を用いた反射型のシステムにおいては、ディスプレイデバイス１０１と反射型光学素子１０４とを所定の位置関係で配置し、ディスプレイデバイス１０１に表示された表示画像ＩＭを、反射型光学素子１０４によって反射させることにより、反射型光学素子１０４と鑑賞者の眼球ＥＹＥとの間に、表示画像ＩＭとは上下左右ともに対称な実像たる空中像ＲＩＭが結像される。
【０００６】
なお、この種の技術の具体例としては、例えば、特許文献１乃至特許文献５に記載されたものが提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２５８５４３号公報
【特許文献２】
特開平１１−１１９１５４号公報
【特許文献３】
特開平６−３４８８１７号公報
【特許文献４】
特開平１１−１１９１５４号公報
【特許文献５】
特開平８−５９５６号公報
【０００８】
特許文献１には、光源からの光束を反射又は透過する画像形成部を備え、この画像形成部を通過した光束が、投影レンズを透過した後、視野レンズを透過し、空中像反射鏡によって空中に表示像を形成する画像表示を行う構成と、画像形成部を通過した光束が、投影レンズを透過し、スクリーンに表示像を形成する画像表示を行う構成との両機能部材を兼ね備えた画像表示装置が開示されている。これにより、この画像表示装置は、画面サイズの大きなスクリーン像型の表示方式と視野の狭い空中像型の表示方式との両機能を実現することができるとしている。
【０００９】
また、特許文献２には、文字や画像の情報を表示する２つの表示手段と、この２つの表示手段に表示された画像を物体とする実像を所定の空中に拡大投影して結像させる２つの投影手段と、投影された２つの空中像からの光束をそれぞれ所定の２つの視域にもたらすための１つの集束光学系とからなり、２つの視域の中心が所定の配置とされているバーチャルスクリーン型立体表示装置が開示されている。これにより、このバーチャルスクリーン型立体表示装置は、特殊眼鏡やレンチキュラーレンズを用いずにコンパクト、低コスト、省エネルギで且つ鮮明な立体画像を容易に得ることができるとしている。
【００１０】
さらに、特許文献３には、観察窓を有する暗黒状態の空間内に設置され、ＣＧ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ）画像を表示する表示手段と、空間内に設置され、表示手段によって表示されるＣＧ画像を反射によって空中像として観察窓と対応する位置に出現させる光学系と、空中像の出現領域の周囲を２次元的に取り囲むようにして配置され、この出現領域内に観察窓を通して挿入された物体の位置座標を検出する位置検出手段と、この位置検出手段によって検出された物体の座標データを基に空中像中の目的像と物体間の距離情報を算出し、この距離情報に基づいて目的像が物体に向かって移動する目的像のＣＧ描画処理を行って表示手段に表示させる表示制御手段とを備える表示装置が開示されている。これにより、この表示装置は、ＣＧ画像の表示手段と光学系とによって形成される空中像を観察者等によって直接操作でき、観察者等の興味及び遊戯性を高めることができるとしている。
【００１１】
さらに、特許文献４には、画像を表示する二つの表示手段と、表示された画像を拡大投影して結像させる投影手段と、投影された二つの空中像からの光束をそれぞれ所定の二つの視域にもたらすための一つの集束光学系とからなる立体表示装置が開示されている。
【００１２】
また、特許文献５には、左右の眼それぞれ用の空間変調素子がハーフミラー型コンバイナーを挟んでほぼ直角に配置され、それぞれの空間変調素子の背面側にバックライト装置用の発光装置が置かれ、空間変調素子と発光装置の間に発光領域を拡大するための指向性のある光学素子を配し、空間変調素子の表示領域と非表示領域とを制御することで鑑賞者に立体映像を視認させる立体表示装置が開示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特許文献１乃至特許文献３に代表される空中像表示技術においては、外部から入射される外光対策が施されたものは存在しない。したがって、この種の空中像表示技術においては、空中像の周囲が浮いて、当該空中像の立体感が得にくいという問題があった。
【００１４】
例えば、図３７に示した反射型のシステムにおいては、外部から光が入射すると、この光線が反射型光学素子１０４によって反射することから、当該反射型光学素子１０４等の各種光学部材の存在が鑑賞者に把握されてしまい、結果として、空中像の実在感が希薄化する事態を招来する。特に、この反射型のシステムにおいては、鑑賞者がディスプレイ本体を斜め横方向から鑑賞した場合には、反射型光学素子１０４の存在が顕著に把握できてしまう。また、この反射型のシステムにおいては、筐体やディスプレイデバイス１０１の表示画面等によっても、外光が反射することから、同様の問題が生じている。
【００１５】
なお、このような問題は、先に図３４に示したような透過型のシステムにおいても、透過型光学素子１０２の表面反射の他、筐体やディスプレイデバイス１０１の表示画面による外光の反射に起因して生じるものである。
【００１６】
また、反射型のシステムにおいては、図３７に示したように、反射型光学素子１０４の光軸から離隔された位置にて結像することから、空中像ＲＩＭの収差が大きくなるという問題もあった。
【００１７】
また、上述した特許文献４に記載された立体表示装置では、表示手段と投影手段とを二つずつ備えて、一つの集束光学系で二つの空中像を所定の領域に示すため、鑑賞者が良好な立体映像を視認するために必要な光学系の設計が困難になるという問題があった。
【００１８】
また、上述した特許文献５に記載された立体表示装置では、空間変調素子の表示領域と非表示領域とを制御することで鑑賞者に立体映像を視認させるが、ハーフミラーを介して光学素子により二つの画像の表示領域を変化させるため、空間変調素子の制御が難しいという問題があった。
【００１９】
また、従来の立体眼鏡を必要とする立体ディスプレイでの鑑賞者と表示装置の例を図３８に示す。立体ディスプレイ２００を鑑賞者２０１が視聴して立体映像を視認するためには、鑑賞者２０１が左右の眼それぞれに視差を有する画像を受けるために、液晶シャッター眼鏡２０２などの視差画像を切り替える手段を装着する必要があった。
【００２０】
図３９は液晶シャッター眼鏡２０２を用いて鑑賞者２０１が立体映像を視認する原理を示す模式図であり、図４０は立体ディスプレイ２００の表示と液晶シャッター眼鏡２０２の動作の関連を示すグラフである。立体ディスプレイ２００には、時分割で右目用と左目用のビデオ信号が入力され、左目に認識させる左目用画像２０３Ｌと右目に認識させる右目用画像２０３Ｒが交互に表示される。液晶シャッター眼鏡２０２では、鑑賞者２０１の左目２０１Ｌの前に位置する左目用シャッター２０４Ｌと、鑑賞者２０１の右目２０１Ｒの前に位置する右目用シャッター２０４Ｌとが、ビデオ信号に同期して光りの透過と遮断を行う。図３９に示すように、左目２０１Ｌと右目２０１Ｒが認識する画像の違いにより、鑑賞者２０１は立体像を立体ディスプレイ２００から離れた位置に認識する。
【００２１】
この様に、従来の立体ディスプレイ２００では、立体視用のメガネを装着する必要があり、メガネがわずらわしく、又、視力矯正用のメガネを使っている人は利用することができなかった。また、このような立体ディスプレイでは、図４１に示すように、ディスプレイ表示面２０５に画像を表示して、両眼視差だけで立体像を表現している。そのために、鑑賞者が対象物を認識するための目の向きである眼球輻輳と、対象物にピントを調節するための水晶体の厚み調節が一致せず、立体像を観察する際に疲労を感じる原因となっていた。特に、ディスプレイ表示面２０５から離れた立体映像を表示すると、眼球輻輳と水晶体調節の差が著しくなり疲労感が増してしまうという問題があった。
【００２２】
また、図３９に示したように従来の立体ディスプレイでは、ディスプレイの視野範囲が限定されて周囲の環境が見えない。そのために、環境に即した実体感のある立体の物体表現ができなかった。又、現実の物体と隔離された表示となってしまうために物体の実在感を表現することが困難であった。
【００２３】
さらに、従来の立体ディスプレイは図４２に示すように、立体ディスプレイ２００での表示による発光は全方向に向けたものであるため、鑑賞者２０１の目が無い方向にも光を照射している。そのために、立体ディスプレイ２００が画像の表示を行う際に消費するエネルギーが大きくなりエネルギー効率が悪いという問題があった。
【００２４】
また図４３に示すような、凹面鏡２０７の光軸からずれた位置にディスプレイデバイス２０６を置き、凹面鏡２０７の前方に空中像２０８を結像させる従来の立体ディスプレイがある。しかし、この方式の立体ディスプレイでは、空中像２０８の結像位置が凹面鏡２０７の光軸からずれているために、収差が大きく焦点距離の長い凹面鏡２０７を用いる必要があり、装置が大型化するという問題があった。
【００２５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、外部から入射される外光の影響を除去し、実在感に優れた空中像を鮮明に表示することができる空中像表示装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明にかかる空中像表示装置は、所定の画像を空中で結像させて空中像を表示する空中像表示装置であって、空中像として表示する物体を示す画像を表示する表示手段と、この表示手段から出射された光線を空中像として結像させる光学部材と、外部から入射される外光を減光する減光手段とを備えることを特徴としている。
【００２７】
このような本発明にかかる空中像表示装置は、外部から入射されて内部で反射することによって再度外部へと出ていく外光を減光することにより、外光の影響を確実に除去することができることから、光学部材の存在を鑑賞者に把握される事態を回避することができる。したがって、本発明にかかる空中像表示装置は、実在感に優れた空中像を鮮明に表示することが可能となる。
【００２８】
具体的には、減光手段としては、円偏光素子及び偏光フィルタを、光学部材と空中像の結像位置との間に配置することによって構成することができる。
【００２９】
特に、減光手段としては、さらにハーフミラーを、光学部材と空中像の結像位置との間に配置するのが望ましい。これにより、本発明にかかる空中像表示装置は、外光がハーフミラーを通過するのに応じて減光の度合いが大きくなり、より効果的である。
【００３０】
この場合において、本発明にかかる空中像表示装置においては、光学部材を反射型光学素子とし、円偏光素子及び偏光フィルタを、ハーフミラーに対して非平行に配置することにより、円偏光素子及び偏光フィルタの存在に起因するゴースト像が結像する位置を変化させることができる。したがって、本発明にかかる空中像表示装置は、ゴースト像が鑑賞者による観察範囲から外れた位置に生じるように、円偏光素子及び偏光フィルタ並びにハーフミラーの配置を設定することにより、空中像を極めて鮮明に表示することが可能となる。
【００３１】
また、本発明にかかる空中像表示装置は、表示手段の表示画面上に、他の円偏光素子を備えるのが望ましい。これにより、本発明にかかる空中像表示装置は、表示手段から出射された光線が偏光フィルタを通過する際の偏光方向を、当該偏光フィルタに適したものとすることができ、当該偏光フィルタによって光量が削減されることがなく、空中像の明るさを十分確保することができる。
【００３２】
さらに、減光手段としては、減光フィルタを、光学部材と空中像の結像位置との間に配置することによっても構成することができる。
【００３３】
特に、減光手段として、さらにハーフミラーを、光学部材と空中像の結像位置との間に配置することにより、本発明にかかる空中像表示装置は、外光がハーフミラーを通過するのに応じて減光の度合いが大きくなり、より効果的である。
【００３４】
この場合において、本発明にかかる空中像表示装置においては、光学部材を反射型光学素子とし、減光フィルタを、ハーフミラーに対して非平行に配置することにより、減光フィルタの存在に起因するゴースト像が結像する位置を変化させ、極めて鮮明な空中像の表示を行うことが可能となる。
【００３５】
さらにまた、減光手段としては、さらに偏光フィルタを、光学部材と空中像の結像位置との間に配置することもできる。この場合、表示手段としては、偏光出力型のディスプレイを用いればよい。
【００３６】
この場合においても、本発明にかかる空中像表示装置においては、減光フィルタ及び偏光フィルタを、ハーフミラーに対して非平行に配置することにより、減光フィルタ及び偏光フィルタの存在に起因するゴースト像が結像する位置を変化させ、極めて鮮明な空中像の表示を行うことが可能となる。
【００３７】
また、本発明にかかる空中像表示装置は、外部から入射される外光を遮光する遮光手段を備えるようにしてもよい。これにより、本発明にかかる空中像表示装置は、余計な外光の影響を確実に除去し、より鮮明な空中像の結像に寄与することができる。
【００３８】
さらに、本発明にかかる空中像表示装置は、表示手段の表示画面上に、当該表示手段から出射される光線を屈折させる光学系を備えるようにしてもよい。これにより、本発明にかかる空中像表示装置は、表示手段から表示画面に対して垂直方向に光線を出射し、光学系によって屈折するように設定することができ、視野角特性を改善することができる。
【００３９】
なお、この光学系としては、平凸レンズ、又はフレネルレンズを用いて、容易に構成することができる。
【００４０】
また、本発明にかかる空中像表示装置においては、光学部材として、反射型光学素子、又は透過型光学素子のいずれも用いることができる。反射型光学素子としては、凹面鏡や反射型フレネルレンズを用いることができる。一方、透過型光学素子としては、透過型レンズや透過型フレネルレンズを用いることができる。
【００４１】
ここで、本発明にかかる空中像表示装置においては、光学部材が反射型光学素子である場合には、減光手段が反射型光学素子の光軸上に配置されているのが望ましく、これにより、反射型光学素子の光軸上で高効率に空中像を結像させることができ、空中像の収差を小さくすることができる。
【００４２】
さらに、表示手段としては、偏光出力型のディスプレイを用いることができ、直視型ディスプレイ、又は投射型ディスプレイのいずれも用いることができる。
【００４３】
また、本発明にかかる空中像表示装置においては、所定の画像を空中で結像させて空中像を表示する空中像表示装置であって、第一の画像および第二の画像を投影して両眼視差を有する画像を提示する視差表示部と、上記視差表示部から出射された光線を上記空中像として結像させる空中像結像部とを備え、上記視差表示部と上記空中像結像部とを一つの光軸上に配置したことを特徴とする。
【００４４】
視差表示部と空中像結像部とを一つの光軸上に配置したことにより、第一の画像と第二の画像を同一位置に空中像として結像するための光学的設計を容易に行うことができる。また、鑑賞者は、左右の眼の焦点を空中像の位置にあわせ、眼球の傾きも空中像が結像されている位置に向けることで空中像を立体的に認識することができる。したがって、立体を認識するための眼球輻輳と焦点距離が一致するために現実感のある立体像を容易に認識することが可能となり、立体映像の認識を通常の物体認識と同様に行うことで眼球の疲労感を低減することができる。
【００４５】
また、視差表示部が光を透過して画像を表示する透過型画像表示手段と、透過型画像表示手段に透過光を照射する背面光源とを備えることで、背面光源が射出する光のほとんどを利用して透過型画像表示手段の表示を照射することができるため、背面光源の使用するエネルギーを有効に利用して低消費エネルギーの空中像表示装置を実現できる。このとき、背面光源から射出された光線を屈折させる光源用光学部材を備えることで、透過型画像表示手段用の照明光を中間実像として提示することができる。
【００４６】
また、本発明にかかる空中像表示装置においては、視差表示部は、背面光源と透過型画像表示手段との間に配置された互いに偏光方向が異なる第一の偏光板および第二の偏光板と、第一の偏光板を透過した光で第一の画像を表示させ、第二の偏光板を透過した光で第二の画像を表示させる分割フィルターとを備える構成であってもよい。このとき、分割フィルターの例としては、偏光方向を変化させて光を透過する偏光方向回転部と、偏光方向を変化させずに光を透過する偏光方向非回転部と、所定の偏光方向の光のみを透過する第三の偏光板とを備えものがある。
【００４７】
また、本発明にかかる空中像表示装置においては、視差表示部が、第一の画像を表示する第一の画像表示部と、第二の画像を表示する第二の画像表示部とを備える構成であってもよい。このとき、視差表示部の例としては、第一の画像表示部から射出された第一の画像を反射し、第二の画像表示部から射出された第二の画像を透過して、第一の画像と第二の画像とを同一の光軸上に表示するハーフミラーを備えるものがある。
【００４８】
また、本発明にかかる空中像表示装置においては、視差表示部が、時間変化に応じて第一の画像と第二の画像とを切り替えて表示する画像表示部を有する構成であってもよい。空中像結像部は、反射型光学素子であり凹面鏡であるとしてもよく、透過型光学素子であり透過型レンズであるとしてもよい。
【００４９】
また、本発明にかかる空中像表示装置においては、空中像結像部が、空中像を結像する側に視差表示部から射出された光線を反射すると共に、空中像を結像する側と反対側である背景側からの光を透過する半透過型反射板を備えるとしてもよい。半透過型反射板によって鑑賞者側に空中像を反射して結像し、背景側からの光を透過することで、鑑賞者が視認する映像は視差表示部が投影する空中像の立体視に、背景を加えたものとなる。鑑賞者は単に空中像を認識するだけではなく背景も認識することが可能であるため、空中像をより実体のある物体に近い感覚で視認することが可能となる。
【００５０】
また、本発明にかかる空中像表示装置においては、鑑賞者と空中結像部との位置関係を検出する位置検出部と、位置検出部が検出した鑑賞者の位置に応じて、視差表示部が第一の画像および第二の画像を表示する位置を変更する表示位置変更手段とを備えるとしてもよい。鑑賞者の位置に応じて第一の画像と第二の画像を表示位置を変更することで、空中像の結像位置を変化させることができるため、鑑賞者の顔の位置が光軸中心から変動した場合にも、鑑賞者の左右の目にそれぞれ第一の画像と第二の画像を視認させることができる。
【００５１】
このとき位置検出部が、鑑賞者に対して赤外線を照射する赤外照射手段と、鑑賞者で反射された赤外線を検出する赤外光検出手段とを備えるとすることで、赤外光の照射と検出によって空中像の視認性を低下させずに鑑賞者の位置を検出することができる。
【００５２】
また、本発明にかかる空中像表示装置においては、視差表示部は、光を透過して画像を表示する透過型画像表示手段と、透過型画像表示手段に透過光を照射する背面光源と、背面光源と透過型画像表示手段との間に配置され、互いに偏光方法が異なる第一の偏光領域と第二の偏光領域との面積を変化させる偏光領域制御フィルターと、第一の偏光領域を透過した光で第一の画像を表示させ、第二の偏光領域を透過した光で第二の画像を表示させる分割フィルターとを備える構成としても良い。このとき、分割フィルターの例としては、偏光方向を変化させて光を透過する偏光方向回転部と、偏光方向を変化させずに光を透過する偏光方向非回転部と、所定の偏光方向の光のみを透過する第三の偏光板とを備えるものがある。
【００５３】
また、赤外線検出手段が偏光領域制御フィルターの鑑賞者側に配置され、偏光領域制御フィルターが、赤外線検出手段が検出した赤外線の強度が最大となる位置を第一の偏光領域と第二の偏光領域の境界とすることにより、鑑賞者の顔の位置が空中像結像レンズの光軸中心から変動した場合にも、赤外光の照射および検出と、赤外光強度が最大の位置を境にして第一の偏光領域と第二の偏光領域の境界を制御することによって、鑑賞者の左右の目にそれぞれ左目用画像と右目用画像を視認させることができる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５５】
この実施の形態は、所定の画像を空中で結像させて空中像を表示する空中像表示装置である。この空中像表示装置は、外部から入射される外光を減光することにより、実在感に優れた空中像を鮮明に表示することができるものである。
【００５６】
まず、第１の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、所定のディスプレイから出射された光線を空中像として結像させる光学部材として、いわゆる凹面鏡や反射型フレネルレンズ等の反射型光学素子を用いて構成されるものである。なお、ここでは、説明の便宜上、反射型光学素子として、凹面鏡を用いるものとして説明する。
【００５７】
図１に側断面図を示すように、この空中像表示装置１０は、画像を表示する表示手段としての偏光出力ディスプレイ１１と、この偏光出力ディスプレイ１１の表示画面上に配置された第１の円偏光素子１２と、反射型光学素子としての凹面鏡１３と、この凹面鏡１３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に配置されたハーフミラー１４、第２の円偏光素子１５、及び偏光フィルタ１６と、偏光出力ディスプレイ１１と対向して配置された遮光板１７とを備える。このうち、ハーフミラー１４、第２の円偏光素子１５、及び偏光フィルタ１６は、減光手段を構成する部材である。なお、同図においては、偏光出力ディスプレイ１１から出射される光線経路についても、矢印ａ，ｂ，ｃとしてあわせて示している。
【００５８】
偏光出力ディスプレイ１１は、空中像として表示する物体を示す静止画像や動画像を含む各種画像を表示する。この偏光出力ディスプレイ１１としては、例えば、液晶ディスプレイや自発光デバイスの表面に偏光フィルタを設置して構成されるディスプレイといった直視型ディスプレイを用いることができる。また、偏光ディスプレイ１１としては、いわゆるリアプロジェクション型液晶プロジェクタといった投写型ディスプレイを用いることもできる。この偏光出力ディスプレイ１１からは、図１中矢印ｄで示すように、紙面に対して水平方向に偏光した光線が出射され、この光線は、第１の円偏光素子１２に入射される。
【００５９】
第１の円偏光素子１２は、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面上に配置され、偏光出力ディスプレイ１１から出射された偏光方向が水平である直線偏光の光線を、円偏光に変化させる。
【００６０】
ここで、一般の円偏光素子について説明する。
【００６１】
円偏光素子とは、一般に、直線偏光の光線を１回通過させた場合には、当該光線が円偏光となり、直線偏光の光線を２回通過させた場合には、偏光方向が９０°回転する素子である。
【００６２】
この円偏光素子は、いわゆる１／４波長板を材質として構成することができる。１／４波長板は、ある方向に偏光した光線の位相を１／４波長、すなわち、９０°だけずらす機能を有する部材であり、当該１／４波長板を２枚重ねることにより、１／２波長板として機能する部材である。１／２波長板は、当該１／２波長板の軸方向の光線の位相を１８０°だけずらす機能を有する部材であり、例えば図２（Ａ）及び同図（Ｂ）に示すように、４５°だけ傾いた光線を入射すると、その光線のｘ方向成分を負値とし、入射光に対して偏光方向が９０°回転した出射光を出射する。したがって、１／４波長板は、例えば図３に示すように、当該１／４波長板を軸を揃えて２枚重ねることにより、１／２波長板として機能し、偏光方向を９０°回転させることができる。
【００６３】
なお、入射光は、実際には、偏光方向に振動しており、その振動をｙ方向成分及びｘ方向成分に分解すると、例えば図４（Ａ）及び同図（Ｂ）に示すようになり、時間ｔに対して振動波形がＡｓｉｎ（ωｔ）で表される。したがって、１／４波長板を通過した出射光は、ｙ方向成分及びｘ方向成分の振動波形が、それぞれ、例えば図５（Ａ）及び同図（Ｂ）に示すようになり、ｙ方向成分の振動波形は、Ａｓｉｎ（ωｔ）で表され、ｘ方向成分の振動波形は、Ａｓｉｎ（ωｔ−π／２）＝−Ａｃｏｓ（ωｔ）となる。これにより、１／４波長板を通過した出射光の偏光成分は、円方向に回転することになり、いわゆる円偏光となる。
【００６４】
このように、第１の円偏光素子１２は、偏光出力ディスプレイ１１から出射された偏光方向が水平である直線偏光の光線を、円偏光に変化させる。なお、図１中ｅで示す記号は、光線が円偏光であることを示すものである。この第１の円偏光素子１２を通過した光線は、ハーフミラー１４に入射される。
【００６５】
凹面鏡１３は、第１の円偏光素子１２によって円偏光とされ且つハーフミラー１４を介して入射された光線を反射する。なお、この凹面鏡１３に入射される光線及びこの凹面鏡１３から出射される光線は、図１中ｆで示す記号で表されるように、円偏光とされるのはいうまでもない。この凹面鏡１３によって反射された光線は、ハーフミラー１４に入射される。
【００６６】
ハーフミラー１４は、凹面鏡１３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面に対して所定の角度をもって配置され、第１の円偏光素子１２を通過した光線を入射すると、この光線を凹面鏡１３の方向へと反射する一方で、凹面鏡１３によって反射された光線を透過させる。このハーフミラー１４を透過した光線は、第２の円偏光素子１５に入射される。
【００６７】
第２の円偏光素子１５は、ハーフミラー１４と同様に、凹面鏡１３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面に対して所定の角度をもって配置され、ハーフミラー１４を透過した円偏光の光線を直線偏光に変化させる。より具体的には、第２の円偏光素子１５は、先に図２乃至図５を用いて説明したように、第１の円偏光素子１２と相俟って、偏光出力ディスプレイ１１から出射された光線の偏光方向を９０°回転させた偏光方向の光線を生み出すために設けられる。なお、図１中ｇで示す記号は、偏光方向が紙面に対して垂直であることを示すものである。この第２の円偏光素子１５を通過した光線は、偏光フィルタ１６に入射される。
【００６８】
偏光フィルタ１６は、ハーフミラー１４及び第２の円偏光素子１５と同様に、凹面鏡１３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面に対して所定の角度をもって配置され、第２の円偏光素子１５を通過した光線のうち所定の偏光方向の成分のみを通過させる。ここでは、偏光フィルタ１６は、図１中記号ｇで示すように、偏光方向が紙面に対して垂直である光線を通過させる。これにより、この偏光フィルタ１６を通過した光線は、所定の空間位置にて結像し、空中像ＲＩＭとして鑑賞者の眼球ＥＹＥによって視認されることになる。
【００６９】
遮光板１７は、偏光出力ディスプレイ１１と対向して配置され、鑑賞者側以外の領域から入射される外光を遮光するとともに、図示しない筐体や偏光出力ディスプレイ１１の表示画面等によって反射する外光を遮光する。空中像表示装置１０は、この遮光板１７を設けることにより、余計な外光の影響を確実に除去し、より鮮明な空中像ＲＩＭの結像に寄与することができる。
【００７０】
このような構成からなる空中像表示装置１０には、図６に側断面図を示すように、鑑賞者の眼球ＥＹＥの側から外光が入射される。具体的には、空中像表示装置１０においては、図６中矢印ａで示すように入射された外光が、まず、偏光フィルタ１６を通過する。このとき、偏光フィルタ１６は、図６中記号ｃで示すように、外光のうち偏光方向が紙面に対して垂直である直線偏光の光線のみを通過させる。さらに、空中像表示装置１０において、偏光フィルタ１６を通過した外光は、第２の円偏光素子１５を通過することにより、図６中記号ｄで示すように、円偏光に変化する。そして、空中像表示装置１０において、第２の円偏光素子１５を通過した外光は、ハーフミラー１４を透過した後、凹面鏡１３へと到達し、この凹面鏡１３によって反射される。
【００７１】
さらに、空中像表示装置１０において、凹面鏡１３によって反射された外光は、図６中矢印ｂで示すように、再度ハーフミラー１４を透過し、第２の円偏光素子１５に入射される。そして、空中像表示装置１０において、第２の円偏光素子１５に入射された外光は、当該第２の円偏光素子１５を通過することにより、直線偏光に変化する。これにより、第２の円偏光素子１５を通過した外光の偏光方向は、図６中矢印ｅで示すように、紙面に対して水平方向となる。したがって、空中像表示装置１０においては、第２の円偏光素子１５を通過した外光が偏光フィルタ１６を通過することができず、鑑賞者の眼球ＥＹＥに到達することはない。
【００７２】
このように、空中像表示装置１０においては、ハーフミラー１４、第２の円偏光素子１５、及び偏光フィルタ１６によって偏光方向を利用した外光に対する減光手段を構成することにより、凹面鏡１３によって反射した外光の影響を確実に除去することができることから、凹面鏡１３等の各種光学部材の存在を鑑賞者に把握される事態を回避することができ、結果として、実在感に優れた空中像ＲＩＭを鮮明に表示することが可能となる。このとき、空中像表示装置１０においては、減光手段を構成する部材を、凹面鏡１３の光軸上に配置することにより、凹面鏡１３の光軸上で高効率に空中像ＲＩＭを結像させることができることから、空中像ＲＩＭの収差を小さくすることができる。
【００７３】
ここで、空中像表示装置１０においては、第２の円偏光素子１５及び偏光フィルタ１６のみによっても減光手段を構成することができるが、ハーフミラー１４を設け、外光が当該ハーフミラー１４を２回通過するように構成していることから、このハーフミラー１４を設けることのみに起因して、１／４の光量にまで減光することができるのは特筆すべき事項である。
【００７４】
また、空中像表示装置１０においては、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面上に配置される第１の円偏光素子１２を設けない場合であっても、減光の効果に変化はない。しかしながら、空中像表示装置１０においては、この第１の円偏光素子１２を設けない場合には、偏光出力ディスプレイ１１から出射された偏光方向が水平である直線偏光の光線が、ハーフミラー１４及び第２の円偏光素子１５を通過することによって円偏光となることから、偏光フィルタ１６によって光量が５０％程度削減されることになり、その分、空中像ＲＩＭの明るさが暗くなってしまう。そこで、空中像表示装置１０においては、第１の円偏光素子１２を設けることにより、空中像ＲＩＭの明るさを十分確保することができ、より鮮明な空中像ＲＩＭの結像に寄与することができる。
【００７５】
なお、空中像表示装置１０としては、図７に側断面図を示すように、凹面鏡１３の代わりに、反射型フレネルレンズ１３’を用いて構成することもできる。
【００７６】
ここで、図８に示すように、１枚の平凸レンズの凸側に、アルミニウム等の金属をコーティングすることを考える。このような平凸レンズにおいて、同図中矢印で示す光線の軌跡のみを考えると、反射コーティング部分Ｔの場所だけ曲面が存在すれば、凹面鏡として作用することがわかる。さらに、この平凸レンズにおいては、図示しない他の光線についても、凸面が連続的に変化している必要はなく、所定の領域毎に部分的に分けて曲面を形成すれば、凹面鏡として作用することがわかる。
【００７７】
したがって、図９に示すように、曲面を同心円で分類して不連続に配置した反射型フレネルレンズは、凹面鏡と同様の作用を奏することがわかる。反射型フレネルレンズは、通常、曲面を１ｍｍ以下の同心円に分類して形成される。空中像表示装置１０においては、このような反射型フレネルレンズを用いることにより、薄型化を図ることが可能となる。
【００７８】
［第２の実施の形態］
つぎに、第２の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、減光手段として、円偏光素子を用いずに減光フィルタを用いて構成したものである。なお、この第２の実施の形態として示す空中像表示装置の説明では、第１の実施の形態として示した空中像表示装置１０と同様の部位については同一符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。また、ここでは、説明の便宜上、反射型光学素子として、凹面鏡を用いるものとして説明するが、上述したように、反射型フレネルレンズ等の他の部材であっても適用することができるのはいうまでもない。
【００７９】
図１０に側断面図を示すように、この空中像表示装置２０は、上述した偏光出力ディスプレイ１１、凹面鏡１３、及び遮光板１７の他に、凹面鏡１３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に配置されたハーフミラー２１、偏光フィルタ２２、及び減光フィルタ２３を備える。このうち、ハーフミラー２１、偏光フィルタ２２、及び減光フィルタ２３は、減光手段を構成する部材である。なお、同図においては、偏光出力ディスプレイ１１から出射される光線経路についても、矢印ａ，ｂ，ｃとしてあわせて示している。
【００８０】
ハーフミラー２１は、凹面鏡１３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面に対して所定の角度をもって配置され、偏光出力ディスプレイ１１から出射された図１０中矢印ｄで示す偏光方向の光線を入射すると、この光線を凹面鏡１３の方向へと反射する一方で、凹面鏡１３によって反射された光線を透過させる。このハーフミラー２１を透過した光線は、偏光フィルタ２２に入射される。
【００８１】
偏光フィルタ２２は、ハーフミラー２１と同様に、凹面鏡１３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面に対して所定の角度をもって配置され、ハーフミラー２１を透過した光線のうち所定の偏光方向の成分のみを通過させる。ここでは、偏光フィルタ２２は、同図中矢印ｅで示す偏光方向の光線を通過させる。この偏光フィルタ２２を通過した光線は、減光フィルタ２３に入射される。
【００８２】
減光フィルタ２３は、ハーフミラー２１及び偏光フィルタ２２と同様に、凹面鏡１３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面に対して所定の角度をもって配置され、偏光フィルタ２２を通過した光線を、例えば３０％といった所定の減衰率で減光する。この減光フィルタ２３を通過した光線は、所定の空間位置にて結像し、空中像ＲＩＭとして鑑賞者の眼球ＥＹＥによって視認されることになる。なお、減光フィルタ２３を通過した光線の光量は、当該減光フィルタ２３の減衰率が３０％である場合には、偏光フィルタ２２を通過した光線の光量に比べ、３０％減光されたものとなるが、この影響は、偏光出力ディスプレイ１１から出射される光線の光量を増加させる等の対策により、容易に除去することができる。
【００８３】
このような構成からなる空中像表示装置２０には、図１１に側断面図を示すように、鑑賞者の眼球ＥＹＥの側から外光が入射される。具体的には、空中像表示装置２０においては、図１１中矢印ａで示すように入射された外光が、まず、減光フィルタ２３を通過し、さらに、この減光フィルタ２３を通過した外光は、偏光フィルタ２２を通過する。このとき、偏光フィルタ２２は、図１０中矢印ｅで示したように、外光のうち偏光方向が紙面に対して水平である直線偏光の光線のみを通過させる。そして、空中像表示装置２０において、偏光フィルタ２２を通過した外光は、ハーフミラー２１を透過した後、凹面鏡１３へと到達し、この凹面鏡１３によって反射される。
【００８４】
さらに、空中像表示装置２０において、凹面鏡１３によって反射された外光は、図１１中矢印ｂで示すように、再度ハーフミラー２１を透過し、偏光フィルタ２２に入射される。そして、空中像表示装置２０において、偏光フィルタ２２を通過した外光は、減光フィルタ２３に入射する。
【００８５】
ここで、このような空中像表示装置２０における外光の減衰率を求めると、以下のようになる。
【００８６】
外光の減衰率は、当該外光の経路に設けられた部材のうち、減光に寄与する部材によって決定される。したがって、空中像表示装置２０における外光の減衰率は、「減光フィルタ２３の減衰率×偏光フィルタ２２の減衰率×ハーフミラー２１の減衰率×ハーフミラー２１の減衰率×減光フィルタ２３の減衰率」によって求めることができる。具体的には、ハーフミラー２１の減衰率を５０％とし、偏光フィルタ２２の減衰率を０．５％とし、減光フィルタ２３の減衰率を３０％とすると、外光の減衰率は、０．３×０．５×０．５×０．５×０．３＝０．０１１２５となる。したがって、空中像表示装置２０においては、入射された外光の光量の１．１２５％の光量にまで減光することができる。したがって、空中像表示装置２０においては、外光が鑑賞者の眼球ＥＹＥに到達することをなくすことができる。
【００８７】
なお、減光フィルタ２３を設けない場合における外光の減衰率は、「偏光フィルタ２２の減衰率×ハーフミラー２１の減衰率×ハーフミラー２１の減衰率」＝０．５×０．５×０．５＝０．１２５＝１２．５％となり、偏光フィルタ２２を設けずに減光フィルタ２３のみを設けた場合における外光の減衰率は、「減光フィルタ２３の減衰率×ハーフミラー２１の減衰率×ハーフミラー２１の減衰率×減光フィルタ２３の減衰率」＝０．３×０．５×０．５×０．３＝０．０２２５＝２．２５％となる。このことから、空中像表示装置２０においては、減光フィルタ２３を設けることによる減光の効果が極めて大きいことがわかる。
【００８８】
このように、空中像表示装置２０においては、ハーフミラー２１、偏光フィルタ２２、及び減光フィルタ２３によって外光に対する減光手段を構成することにより、凹面鏡１３によって反射した外光の影響を確実に除去することができ、結果として、実在感に優れた空中像ＲＩＭを鮮明に表示することが可能となる。この場合においても、空中像表示装置２０においては、偏光出力ディスプレイ１１やハーフミラー２１等を、凹面鏡１３の光軸上に配置することにより、凹面鏡１３の光軸上で高効率に空中像ＲＩＭを結像させることができることから、空中像ＲＩＭの収差を小さくすることができる。
【００８９】
なお、空中像表示装置２０においては、必ずしも偏光フィルタ２２を設けなくてもよく、この場合、ディスプレイとしては、偏光出力型である必要はない。
【００９０】
また、空中像表示装置２０においては、少なくとも減光フィルタ２３があれば減光手段を構成することができるが、第１の実施の形態として示した空中像表示装置１０と同様に、ハーフミラー２１を設けることのみに起因して、１／４の光量にまで減光することができる。
【００９１】
［第３の実施の形態］
つぎに、第３の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、所定のディスプレイから出射された光線を空中像として結像させる光学部材として、第１の実施の形態として示した空中像表示装置１０及び第２の実施の形態として示した空中像表示装置２０のように、反射型光学素子を用いるのではなく、透過型レンズや透過型フレネルレンズ等の透過型光学素子を用いて構成されるものである。なお、ここでは、説明の便宜上、透過型光学素子として、透過型レンズを用いるものとして説明するが、透過型フレネルレンズ等の他の部材であっても適用することができるのはいうまでもない。
【００９２】
図１２に側断面図を示すように、この空中像表示装置３０は、画像を表示する表示手段としての偏光出力ディスプレイ３１と、この偏光出力ディスプレイ３１の表示画面上に配置された第１の円偏光素子３２と、透過型光学素子としての透過型レンズ３３と、この透過型レンズ３３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に配置された第２の円偏光素子３４及び偏光フィルタ３５とを備える。このうち、第２の円偏光素子３４及び偏光フィルタ３５は、減光手段を構成する部材である。なお、同図においては、偏光出力ディスプレイ３１から出射される光線経路についても、矢印ａとしてあわせて示している。
【００９３】
偏光出力ディスプレイ３１は、上述した偏光出力ディスプレイ１１と同様に、空中像として表示する物体を示す静止画像や動画像を含む各種画像を表示する。この偏光出力ディスプレイ３１からは、図１２中矢印ｂで示すように、紙面に対して水平方向に偏光した光線が出射され、この光線は、第１の円偏光素子３２に入射される。
【００９４】
第１の円偏光素子３２は、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面上に配置され、偏光出力ディスプレイ３１から出射された偏光方向が水平である直線偏光の光線を、図１２中記号ｃで示すように、円偏光に変化させる。この第１の円偏光素子３２を通過した光線は、透過型レンズ３３に入射される。
【００９５】
透過型レンズ３３は、第１の円偏光素子３２によって円偏光とされた光線を透過させる。なお、この透過型レンズ３３に入射される光線及びこの透過型レンズ３３から出射される光線は、円偏光とされるのはいうまでもない。この透過型レンズ３３を透過した光線は、ディスプレイ本体３０’外の第２の円偏光素子３４に入射される。
【００９６】
第２の円偏光素子３４は、透過型レンズ３３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、偏光出力ディスプレイ３１に対して平行に配置され、透過型レンズ３３を透過した円偏光の光線を直線偏光に変化させる。すなわち、第２の円偏光素子３４は、第１の円偏光素子３２と相俟って、偏光出力ディスプレイ３１から出射された光線の偏光方向を９０°回転させた偏光方向の光線を生み出すために設けられる。なお、図１２中ｄで示す記号は、偏光方向が紙面に対して垂直であることを示すものである。この第２の円偏光素子３４を通過した光線は、偏光フィルタ３５に入射される。
【００９７】
偏光フィルタ３５は、第２の円偏光素子３４と同様に、透過型レンズ３３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、偏光出力ディスプレイ３１に対して平行に配置され、第２の円偏光素子３４を通過した光線のうち所定の偏光方向の成分のみを通過させる。ここでは、偏光フィルタ３５は、図１２中記号ｄで示すように、偏光方向が紙面に対して垂直である光線を通過させる。これにより、この偏光フィルタ３５を通過した光線は、所定の空間位置にて高効率で結像し、空中像ＲＩＭとして鑑賞者の眼球ＥＹＥによって視認されることになる。
【００９８】
このような構成からなる空中像表示装置３０には、図１３に側断面図を示すように、鑑賞者の眼球ＥＹＥの側から外光が入射される。具体的には、空中像表示装置３０においては、図１３中矢印ａ１，ａ２で示すように入射された外光が、まず、偏光フィルタ３５を通過する。このとき、偏光フィルタ３５は、図１３中記号ｃ１，ｃ２で示すように、外光のうち偏光方向が紙面に対して垂直である直線偏光の光線のみを通過させる。さらに、空中像表示装置３０において、偏光フィルタ３５を通過した外光は、第２の円偏光素子３４を通過することにより、図１３中記号ｄ１，ｄ２で示すように、円偏光に変化する。そして、空中像表示装置３０において、第２の円偏光素子３４を通過した外光は、透過型レンズ３３の表面や筐体等で反射される。また、空中像表示装置３０において、第２の円偏光素子３４を通過した外光は、図１３中矢印ａ３で示すように、透過型レンズ３３を透過して第１の円偏光素子３２へと到達し、この第１の円偏光素子３２の表面や筐体等で反射される場合もある。この透過型レンズ３３を透過して第１の円偏光素子３２へと到達した光線は、図１３中記号ｄ３で示すように、円偏光であることはいうまでもない。
【００９９】
空中像表示装置３０において、これら反射された外光は、図１３中矢印ｂ１，ｂ２，ｂ３で示すように、再度第２の円偏光素子３４に入射される。そして、空中像表示装置３０において、第２の円偏光素子３４に入射された外光は、当該第２の円偏光素子３４を通過することにより、直線偏光に変化する。これにより、第２の円偏光素子３４を通過した外光の偏光方向は、図１３中矢印ｅ１，ｅ２で示すように、紙面に対して水平方向となる。したがって、空中像表示装置３０においては、第２の円偏光素子３４を通過した外光が偏光フィルタ３５を通過することができず、鑑賞者の眼球ＥＹＥに到達することはない。
【０１００】
このように、空中像表示装置３０においては、第２の円偏光素子３４及び偏光フィルタ３５によって偏光方向を利用した外光に対する減光手段を構成することにより、透過型レンズ３３の表面や筐体等で反射した外光の影響を確実に除去することができることから、透過型レンズ３３等の各種光学部材の存在を鑑賞者に把握される事態を回避することができ、結果として、実在感に優れた空中像ＲＩＭを鮮明に表示することが可能となる。
【０１０１】
なお、空中像表示装置３０においては、第１の実施の形態として示した空中像表示装置１０と同様に、偏光出力ディスプレイ３１の表示画面上に配置される第１の円偏光素子３２を設けない場合であっても、減光の効果に変化はないが、この第１の円偏光素子３２を設けることにより、空中像ＲＩＭの明るさを十分確保することができ、より鮮明な空中像ＲＩＭの結像に寄与することができる。
【０１０２】
また、空中像表示装置３０としては、第２の実施の形態として示した空中像表示装置２０と同様に、減光フィルタを用いて減光手段を構成するようにしてもよく、同様の効果を得ることができる。すなわち、減光フィルタを用いる空中像表示装置３０としては、第１の円偏光素子３２及び第２の円偏光素子３４を設けずに、偏光フィルタ３５における鑑賞者側の面に減光フィルタを設ければよい。このとき、この空中像表示装置３０においては、上述した偏光フィルタ２２に相当する偏光フィルタ３５を必ずしも設けなくてもよく、この場合、ディスプレイとしては、偏光出力型である必要はない。
【０１０３】
［第４の実施の形態］
つぎに、第４の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、反射型光学素子を用いて構成されるものであり、減光手段を構成する部材を互いに平行に配置するのではなく、ハーフミラーに対して他の部材を非平行に配置するものである。なお、ここでは、第１の実施の形態として示した空中像表示装置１０における減光手段を構成する部材を互いに非平行に配置する場合について説明するものとする。したがって、この第４の実施の形態として示す空中像表示装置の説明では、空中像表示装置１０と同様の部位については同一符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。また、ここでは、説明の便宜上、反射型光学素子として、凹面鏡を用いるものとして説明するが、上述したように、反射型フレネルレンズ等の他の部材であっても適用することができるのはいうまでもない。
【０１０４】
まず、第１の実施の形態として示した空中像表示装置１０を用いて、減光手段を構成する部材を互いに平行に配置した場合に生じるおそれがある弊害について、図１４を用いて説明する。
【０１０５】
図１４に側断面図を示すように、空中像表示装置１０においては、偏光出力ディスプレイ１１から出射された光線が、図１４中矢印ａ，ｂ，ｃで示す経路で進行することにより、空中像ＲＩＭが結像される。
【０１０６】
しかしながら、空中像表示装置１０においては、偏光出力ディスプレイ１１から出射された光線が、図１４中矢印ａ’で示すように、ハーフミラー１４によって反射されずに透過し、第２の円偏光素子１５の表面で反射する場合がある。この場合、第２の円偏光素子１５の表面で反射された光線は、図１４中矢印ｂ’，ｃ’で示す経路で進行することから、空中像表示装置１０においては、本来の空中像ＲＩＭの近傍に、いわゆるゴースト像ＲＩＭ’が生じることになる。
【０１０７】
また、空中像表示装置１０においては、偏光出力ディスプレイ１１から出射された光線が、図１４中矢印ａ’’で示すように、ハーフミラー１４によって反射されず且つ第２の円偏光素子１５の表面でも反射されずに透過し、偏光フィルタ１６の表面で反射する場合もある。この場合、偏光フィルタ１６の表面で反射された光線は、図１４中矢印ｂ’’，ｃ’’で示す経路で進行することから、空中像表示装置１０においては、本来の空中像ＲＩＭの近傍に、さらに他のゴースト像ＲＩＭ’’が生じることになる。
【０１０８】
このように、空中像表示装置１０においては、減光手段を設けることに起因して、ゴースト像ＲＩＭ’，ＲＩＭ’’が発生し、鑑賞者の眼球ＥＹＥによって視認される可能性がある。
【０１０９】
そこで、減光手段を構成する部材を互いに平行に配置するのではなく、ハーフミラー１４に対して他の部材を非平行に配置することにより、このようなゴースト像ＲＩＭ’，ＲＩＭ’’を、鑑賞者からは視認できない方向へとずらすことを考える。
【０１１０】
具体的には、図１５に側断面図を示すように、空中像表示装置４０においては、第２の円偏光素子１５及び偏光フィルタ１６を、ハーフミラー１４に対して所定の角度をもって傾けて配置する。
【０１１１】
このような空中像表示装置４０においては、偏光出力ディスプレイ１１から出射された光線が、図１５中矢印ａ，ｂ，ｃで示す経路で進行することにより、本来の空中像ＲＩＭが結像される。
【０１１２】
また、空中像表示装置４０においては、偏光出力ディスプレイ１１から出射された光線のうち、図１５中矢印ａ’で示すように、ハーフミラー１４によって反射されずに透過して第２の円偏光素子１５の表面で反射された光線については、図１５中矢印ｂ’，ｃ’で示すように、鑑賞者の眼球ＥＹＥによる観察範囲から外れた位置に、ゴースト像ＲＩＭ’として結像される。
【０１１３】
同様に、空中像表示装置４０においては、偏光出力ディスプレイ１１から出射された光線のうち、図１５中矢印ａ’’で示すように、ハーフミラー１４によって反射されず且つ第２の円偏光素子１５の表面でも反射されずに透過し、偏光フィルタ１６の表面で反射された光線については、図１５中矢印ｂ’’，ｃ’’で示すように、鑑賞者の眼球ＥＹＥによる観察範囲から外れた位置に、ゴースト像ＲＩＭ’’として結像される。
【０１１４】
このように、空中像表示装置４０においては、第２の円偏光素子１５及び偏光フィルタ１６を配置する角度に応じて、ゴースト像ＲＩＭ’，ＲＩＭ’’が結像する位置を変化させることができる。したがって、空中像表示装置４０においては、ゴースト像ＲＩＭ’，ＲＩＭ’’が鑑賞者の眼球ＥＹＥによる観察範囲から外れた位置に生じるように、第２の円偏光素子１５及び偏光フィルタ１６を、ハーフミラー１４に対して所定の角度をもって傾けて配置することにより、本来の空中像ＲＩＭを極めて鮮明に表示することが可能となる。
【０１１５】
なお、図１５においては、ハーフミラー１４に対して紙面上で左回りに、第２の円偏光素子１５及び偏光フィルタ１６を傾けて配置している様子を示しているが、空中像表示装置４０においては、ハーフミラー１４に対して紙面上で右回りに、第２の円偏光素子１５及び偏光フィルタ１６を傾けて配置する場合であっても、同様の効果を得ることができる。
【０１１６】
また、空中像表示装置４０においては、第２の実施の形態として示した空中像表示装置２０と同様に、減光フィルタを用いて減光手段を構成した場合であっても、偏光フィルタ２２や減光フィルタ２３を、ハーフミラー２１に対して所定の角度をもって傾けて配置することにより、空中像ＲＩＭを極めて鮮明に表示することが可能となる。
【０１１７】
［第５の実施の形態］
次に、第５の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、偏光出力ディスプレイの表示画面上に、当該偏光出力ディスプレイから出射される光線を屈折させる光学系を設けたものである。なお、ここでは、第１の実施の形態として示した空中像表示装置１０における偏光出力ディスプレイ１１の表示画面上に光学系を設ける場合について説明するものとする。したがって、この第５の実施の形態として示す空中像表示装置の説明では、空中像表示装置１０と同様の部位については同一符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。また、ここでは、説明の便宜上、反射型光学素子として、凹面鏡を用いるものとして説明するが、上述したように、反射型フレネルレンズ等の他の部材であっても適用することができるのはいうまでもない。
【０１１８】
まず、第１の実施の形態として示した空中像表示装置１０を用いて、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面上に光学系を設けない場合について、図１６を用いて説明する。なお、同図においては、偏光出力ディスプレイ１１、凹面鏡１３、及びハーフミラー１４のみを図示しており、その他の部材は省略している。
【０１１９】
図１６に側断面図を示すように、空中像表示装置１０においては、偏光出力ディスプレイ１１からは、表示画面に対して垂直方向に光線が出射されるのではなく、図１６中矢印ａで示すように、斜め方向に光線が出射される。そして、空中像表示装置１０においては、図１６中矢印ｂ，ｃで示す経路で進行することにより、空中像ＲＩＭが結像される。
【０１２０】
この現象は、ハーフミラー１４を設けない場合における偏光出力ディスプレイ１１の等価位置１１’で考えると明らかである。すなわち、空中像表示装置１０においては、凹面鏡１３における反射位置の接平面ＴＦに対する垂線ＰＬに対して折り返すように、光線が反射されることから、偏光出力ディスプレイ１１から出射される光線が斜め方向に向いていないと、鑑賞者の眼球ＥＹＥにまで到達しないことになる。
【０１２１】
したがって、空中像表示装置１０においては、偏光出力ディスプレイ１１として、液晶ディスプレイのような視野角に依存するデバイスを用いた場合には、当該偏光出力ディスプレイ１１に表示される表示画像のコントラストが低下し、特に表示画像に示された物体の周囲の黒レベルが大きくなると、浮遊感の少ない空中像表示となってしまう。
【０１２２】
なお、液晶ディスプレイに限らず全てのディスプレイには、視野角依存が存在することから、このような問題は、全てのディスプレイについて生じるものである。
【０１２３】
そこで、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面上に、当該偏光出力ディスプレイ１１から出射される光線を屈折させる光学系を設けることにより、表示画面に対して垂直方向に光線を出射することを考える。
【０１２４】
具体的には、図１７に側断面図を示すように、空中像表示装置５０においては、偏光出力ディスプレイ１１の表示画面上に、当該偏光出力ディスプレイ１１から出射される光線を屈折させる光学系として、平凸レンズ５１を設ける。
【０１２５】
このような空中像表示装置５０においては、偏光出力ディスプレイ１１からは、図１７中矢印ａで示すように、光線が表示画面に対して垂直方向に出射され、当該光線が平凸レンズ５１を透過後に屈折される。その後、空中像表示装置５０においては、平凸レンズ５１によって屈折された光線が、図１７中矢印ｂ，ｃ，ｄで示す経路で進行することにより、空中像ＲＩＭが結像される。
【０１２６】
このように、空中像表示装置５０においては、偏光出力ディスプレイ１１から表示画面に対して垂直方向に光線を出射して平凸レンズ５１によって屈折するように設定することにより、視野角特性を改善することができ、実在感に優れた空中像ＲＩＭを鮮明に表示することが可能となる。
【０１２７】
なお、図１７においては、光学系として平凸レンズ５１を用いた様子を示しているが、空中像表示装置５０においては、フレネルレンズを用いた場合であっても、同様の効果を得ることができる。
【０１２８】
また、上述した視野角に起因する問題は、反射型光学素子を用いて構成される場合のみならず、第３の実施の形態として示した空中像表示装置３０のような透過型光学素子を用いた場合にも生じるが、この場合にも、偏光出力ディスプレイの表示画面上に、同様の光学系を設ければよい。
【０１２９】
以上説明したように、第１の実施の形態乃至第５の実施の形態として示した空中像表示装置は、外部から入射される外光を減光する減光手段を設けることにより、実在感に優れた空中像を鮮明に表示することができ、鑑賞者に対して高い娯楽性を享受させることができる。
【０１３０】
［第６の実施の形態］
次に、第６の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、所定のディスプレイから出射された光線を空中像として結像させる光学部材として、いわゆる透過型レンズ等の透過型光学素子を用いて構成されるものである。なお、ここでは、説明の便宜上、透過型光学素子として凸レンズを用いるものとして説明する。
【０１３１】
図１８に側断面図を示すように、この空中像表示装置６０は、画像を表示する透過型画像表示手段としての液晶ディスプレイ６１と、この背面光源としての左目用バックライト装置６２Ｌおよび右目用バックライト装置６２Ｒと、照射光を直線偏光に変換する偏光板である左目用偏光フィルター６３Ｌおよび右目用偏光フィルター６３Ｒと、光源用光学部材としての照明用レンズ６４と、透過する光の偏光方向を決定する分割フィルターとしての空間分割フィルター６５と、空中像結像部としての空中像結像レンズ６６とを備える。このうち、液晶ディスプレイ６１、左目用バックライト装置６２Ｌ、右目用バックライト装置６２Ｒ、左目用偏光フィルター６３Ｌ、右目用偏光フィルター６３Ｒ、照明用レンズ６４、空間分割フィルター６５は、視差表示部を構成する部材である。
【０１３２】
液晶ディスプレイ６１は、透過型画像表示手段であり空中像として表示する物体を示す静止画像や動画像を含む各種画像を表示し、バックライト装置から照射された光を透過することで表示された画像の投影を行う。左目用バックライト装置６２Ｌおよび右目用バックライト装置６２Ｒは、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子を複数有する非偏光の光を発光する装置であり、それぞれ並列に配置されて液晶ディスプレイ６１が表示する画像を鑑賞者の左目および右目方向に照射する。左目用バックライト装置６２Ｌおよび右目用バックライト装置６２Ｒが光を照射する方向を照明用レンズ６４の範囲内に調整することで、発光に用いられるエネルギーを効率良く画像の照射に用いることができる。
【０１３３】
左目用偏光フィルター６３Ｌおよび右目用偏光フィルター６３Ｒは、それぞれ左目用バックライト装置６２Ｌおよび右目用バックライト装置６２Ｒの前面に配置された直線偏光板であり、バックライト装置から射出された光を直線偏光にする。左目用偏光フィルター６３Ｌと右目用偏光フィルター６３Ｒとの偏光方向は互いに異なる方向であり、互いに偏光方向が直交するように配置されている。
【０１３４】
照明用レンズ６４は透過型光学素子である凸レンズであり、バックライト装置と液晶ディスプレイ６１との間に配されて、左右のバックライト装置が発光して左右の偏光フィルターを透過した光を所定の焦点距離の位置に結像する。バックライト装置が発光した光は、照明用レンズ６４によって屈折された後に液晶ディスプレイ６１を透過するので、焦点位置には液晶ディスプレイ６１が表示している画像用の照明光が中間実像ＭＲＩＭとして結像することになる。
【０１３５】
空間分割フィルター６５は、左右の偏光フィルターを透過した直線偏光の光を透過するか遮断するかを決める部材であり、左目用偏光フィルター６３Ｌを透過した光は液晶ディスプレイ６１に表示された左目用の画像のみを照射し、右目用偏光フィルター６３Ｒを透過した光は液晶ディスプレイ６１に表示された右目用の画像のみを照射する。
【０１３６】
空中像結像レンズ６６は透過型光学素子である凸レンズであり、液晶ディスプレイ６１と鑑賞者との間に配されて、液晶ディスプレイ６１の像を所定の焦点距離の位置に空中像ＲＩＭとして結像する。中間実像ＭＲＩＭは左目用バックライト装置６２Ｌと右目用バックライト装置６２Ｒから照射された光が照明用レンズ６４によって結像された画像であり、左目用バックライト装置６２Ｌと右目用バックライト装置６２Ｒとは光軸に対して並列に配置されているので、左目用バックライト装置６２Ｌが発光した光と右目用バックライト装置６２Ｒが発光した光とは異なる経路をたどる。したがって、空中像ＲＩＭを結像した後の左目用バックライト装置６２Ｌが照射する光の進行方向と右目用バックライト装置６２Ｒが照射する光の進行方向とは、光軸に対して平行ではなくそれぞれ鑑賞者の左目と右目方向に分離したものとなる。これによって、同一の位置に空中像ＲＩＭとして結像された左目用の画像と右目用の画像とを、鑑賞者の左右の目に別々に認識させて両眼視差によって立体像の認識を行うことが出来る。
【０１３７】
鑑賞者は、左右の眼の焦点を空中像ＲＩＭの位置にあわせ、眼球の傾きも空中像ＲＩＭが結像されている位置に向けることで空中像ＲＩＭを立体的に認識することができる。したがって、立体を認識するための眼球輻輳と焦点距離が一致するために現実感のある立体像を容易に認識することが可能となり、立体映像の認識を通常の物体認識と同様に行うことで眼球の疲労感を低減することができる。
【０１３８】
次に、液晶ディスプレイ６１に表示した左目用の画像と右目用の画像を、それぞれ左目用バックライト装置６２Ｌと右目用バックライト装置６２Ｒとで照射するための視差表示部の構造と動作について説明する。
【０１３９】
空間分割フィルター６５の構造の一例と左目用偏光フィルター６３Ｌ、右目用偏光フィルター６３Ｒの偏光方向との関係を図１９に示す。空間分割フィルター６５は、直線偏光の光の偏光方向を変化させず透過する偏光方向非回転部６５Ｎと、直線偏光の光の偏光方向を９０°回転して透過する偏光方向回転部６５Ｌと、液晶ディスプレイ６１のバックライト装置側に形成された直線偏光板６１Ｂとで構成されている。偏光方向回転部６５Ｌは、１／２波長板を用いることで、バックライト装置から照射された光の偏光方向を９０°回転して透過させる。
【０１４０】
偏光方向非回転部６５Ｎと偏光方向回転部６５Ｌとはそれぞれ液晶ディスプレイ６１の横幅と同等の長さの矩形状の部材であり、複数の偏光方向非回転部６５Ｎと偏光方向回転部６５Ｌとが交互にストライプ状に配されて液晶ディスプレイ６１の面全体と同等の大きさの板状部材を形成している。また、直線偏光板６５Ｂは液晶ディスプレイ６１の表示面と略同一形状の偏光板であり、偏光方向は左目用偏光フィルター６３Ｌまたは右目用偏光フィルター６３Ｒの偏光方向と同一である。したがって、例えば直線偏光板６５Ｂの偏光方向が左目用偏光フィルター６３Ｌの偏光方向と同一である場合には、右目用偏光フィルター６３Ｒの偏光方向とは直交する偏光方向となる。
【０１４１】
図２０を用いて空間分割フィルター６５による光の透過と遮断について説明する。説明の簡便化のために偏光方向非回転部６５Ｎと偏光方向回転部６５Ｌとによって形成される板状部材と直線偏光板６５Ｂとの間を離して説明を行う。図中の矢印は光の偏光方向を示しており、縦方向の矢印は紙面に平行方向の直線偏光を表し、斜め方向の矢印は紙面に垂直方向の直線偏光を表している。直線偏光板６５Ｂはここでは紙面に平行方向の直線偏光のみを通過する偏光板であるとする。
【０１４２】
図２０（ａ）は、左目用偏光フィルター６３Ｌを透過した紙面に垂直方向の直線偏光が空間分割フィルター６５に入射した場合の光の透過を説明する図である。偏光方向回転部６５Ｌに入射した紙面に垂直方向の直線偏光は、偏光方向が９０°回転されるために紙面に平行方向の直線偏光となり、直線偏光板６５Ｂおよび液晶ディスプレイ６１を透過して鑑賞者の左目に到達する。偏光方向非回転部６５Ｎに入射した紙面に垂直方向の直線偏光は、偏光方向が紙面に垂直のまま通過するので、直線偏光板６５Ｂによって遮られて液晶ディスプレイ６１には到達しない。したがって、鑑賞者の左目は偏光方向回転部６５Ｌに入射した光のみを認識することになる。
【０１４３】
図２０（ｂ）は、同様に右目用偏光フィルター６３Ｒを透過した紙面に平行方向の直線偏光が空間分割フィルター６５に入射した場合の光の透過を説明する図である。偏光方向回転部６５Ｌに入射した紙面に平行方向の直線偏光は、偏光方向が９０°回転されるために紙面に垂直方向の直線偏光となり、直線偏光板６５Ｂによって遮られて液晶ディスプレイ６１には到達しない。偏光方向非回転部６５Ｎに入射した紙面に平行方向の直線偏光は、偏光方向が紙面に平行のまま通過するので、直線偏光板６５Ｂおよび液晶ディスプレイ６１を透過して鑑賞者の右目に到達する。したがって、鑑賞者の右目は偏光方向非回転部６５Ｎに入射した光のみを認識することになる。
【０１４４】
鑑賞者の左目が認識する光線は偏光方向回転部６５Ｌを通過した光であり、偏光方向回転部６５Ｌを透過した光が照射する液晶ディスプレイ６１の領域をＬ１、Ｌ３、Ｌ５とする。同様に、鑑賞者の右目が認識する光線は変更方向非回転部６５Ｎを通過した光であり、偏光方向非回転部６５Ｎを透過した光が照射する液晶ディスプレイ６１の領域をＬ２、Ｌ４とする。したがって、液晶ディスプレイ６１のＬ１、Ｌ３、Ｌ５領域には鑑賞者の左目に認識させる画像を表示し、Ｌ２、Ｌ４領域には鑑賞者の右目に認識される画像を表示させることで、鑑賞者の両目に異なる画像を認識させることが可能となる。図で示した液晶ディスプレイ６１の領域Ｌ１〜Ｌ５は、５つ以上の領域であってもよいのは当然であり、液晶ディスプレイ６１の画素で構成される水平ライン毎に交互に左目用画像と右目用画像を表示するとしてよい。
【０１４５】
次に図２１を用いて、液晶ディスプレイ６１の水平ライン毎に交互に左目用画像と右目用画像を表示するための視差画像信号生成システムについて説明する。視差画像信号生成システムは、ワークステーションなどの情報処理手段６７と、左用スキャンコンバータ６８Ｌと、右用スキャンコンバータ６８Ｒと、信号スイッチング回路６９とによって構成されている。
【０１４６】
情報処理手段６７は、鑑賞者に立体として認識させる立体画像を仮想空間内の３次元ポリゴンデータとして計算により生成し、３次元ポリゴンデータに関して左目に相当する位置から見た左目用画像と右目に相当する位置から見た右目用画像とを計算によりそれぞれ２次元画像として生成する。情報処理手段６７は、生成した左目用画像のデータを左用スキャンコンバータ６８Ｌに送出し、右目用画像のデータを右用スキャンコンバータ６８Ｒに送出する。
【０１４７】
左用スキャンコンバータ６８Ｌおよび右用スキャンコンバータ６８Ｒは、液晶ディスプレイ６１の水平ライン毎に画像の表示を行うために、２次元画像を水平ライン毎のデータとして信号スイッチング回路６９に送出する装置である。左用スキャンコンバータ６８Ｌと右用スキャンコンバータ６８Ｒは、信号スイッチング回路６９へ左目用画像と右目用画像を水平ライン毎に送出する際に、画像表示の水平同期と垂直同期を調整して画像データの送出を行う。
【０１４８】
信号スイッチング回路６９は、左用スキャンコンバータ６８Ｌと右用スキャンコンバータ６８Ｒから送出される左右の画像データを切り替えて、空中像表示装置６０の液晶ディスプレイ６１に送出する制御回路である。具体的には、液晶ディスプレイ６１の水平同期のタイミングに合わせて、左用スキャンコンバータ６８Ｌから送出される左目用画像と、右用スキャンコンバータ６８Ｒから送出される右目用画像とを水平ライン毎に液晶ディスプレイ６１に送出するように回路の切替を行う。液晶ディスプレイ６１には水平ライン毎に、左目用画像のデータと右目用画像のデータが送出されるため、偶数ラインでは右目用画像を表示し、奇数ラインでは左目用画像を表示することになる。
【０１４９】
このように、視差画像信号生成システムを用いることで、液晶ディスプレイ６１の水平ライン毎に交互に左目用画像と右目用画像とを表示することができる。したがって図２０を用いて説明したように、空間分割フィルター６５を用いて左目用画像と右目用画像とをそれぞれ左目用バックライト装置６２Ｌと右目用バックライト装置６２Ｒで照射して両眼視差を実現することができる。
【０１５０】
上述して説明した空中像表示装置６０を用いた空中像ＲＩＭの表示では、バックライト装置が発光した光の大部分を液晶ディスプレイ６１の照射に利用することが出来るため、立体映像の表示に必要なエネルギーを低減することが可能である。また、結像される空中像ＲＩＭでは、左目用画像と右目用画像とが同じ位置に結像されるため、現実の物体を認識するのと同様に両目の輻輳角度と焦点距離を調整することで鑑賞者が立体像を視認することができ、立体映像の認識に際する疲労感を低減することが可能となる。
【０１５１】
［第７の実施の形態］
次に、第７の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、所定のディスプレイから出射された光線を空中像として結像させる光学部材として、いわゆる凹面鏡や反射型フレネルレンズ等の反射型光学素子を用いて構成されるものである。なお、ここでは、説明の便宜上、反射型光学素子として凹面鏡を用いるものとして説明する。なお、本実施の形態では視差表示部を第６の実施の形態として示した空中像表示装置６０とほぼ同様の構成であるとし、第６の実施の形態とは空中像結像部が異なるとする。したがって、この第７の実施の形態として示す空中像表示装置７０の説明では、先に説明した空中像表示装置６０と同様の部位については同一符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。また、ここでは、説明の便宜上、反射型光学素子として、凹面鏡を用いるものとして説明するが、上述したように、反射型フレネルレンズ等の他の部材であっても適用することができるのはいうまでもない。
【０１５２】
図２２および図２３に本実施の形態における空中像表示装置７０の構成について説明する。図２２は空中像表示装置７０と鑑賞者を側方から見た場合の構成を示す断面模式図であり、図２３は鑑賞者の背後から見た場合の構成を示す模式図である。
【０１５３】
この空中像表示装置７０は、画像を表示する透過型画像表示手段としての液晶ディスプレイ６１と、この背面光源としての左目用バックライト装置６２Ｌおよび右目用バックライト装置６２Ｒと、照射光を直線偏光に変換する偏光板である左目用偏光フィルター６３Ｌおよび右目用偏光フィルター６３Ｒと、光源用光学部材としての照明用レンズ６４と、透過する光の偏光方向を決定する分割フィルターとしての空間分割フィルター６５と、第１の円偏光素子７２と、空中像結像部の反射型光学素子としての凹面鏡７３と、この凹面鏡７３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に配置されたハーフミラー７４、第２の円偏光素子７５、及び偏光フィルタ７６と、遮光板７７とを備える。このうち、液晶ディスプレイ６１、左目用バックライト装置６２Ｌ、右目用バックライト装置６２Ｒ、左目用偏光フィルター６３Ｌ、右目用偏光フィルター６３Ｒ、照明用レンズ６４、空間分割フィルター６５、第１の円偏光素子７２は、視差表示部を構成する部材である。また、凹面鏡７３、ハーフミラー７４、第２の円偏光素子７５、偏光フィルタ７６、遮光板７７は空中像結像部を構成する部材である。
【０１５４】
第１の円偏光素子７２は、液晶ディスプレイ６１の表示画面上に配置され、液晶ディスプレイ６１から出射された偏光方向が水平である直線偏光の光線を、円偏光に変化させる。視差表示部が左目用画像と右目用画像を空中像結像部に対して照射する方法は上述した第６の実施の形態を用いて説明したものと同様である。
【０１５５】
凹面鏡７３は、第１の円偏光素子７２によって円偏光とされ且つハーフミラー７４を介して入射された光線を反射する。なお、この凹面鏡７３に入射される光線及びこの凹面鏡７３から出射される光線は、円偏光とされるのはいうまでもない。この凹面鏡７３によって反射された光線は、ハーフミラー７４に入射される。
【０１５６】
ハーフミラー７４は、凹面鏡７３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、液晶ディスプレイ６１の表示画面に対して所定の角度をもって配置される。ハーフミラー７４は、第１の円偏光素子７２を通過した光線が入射すると、この光線を凹面鏡７３の方向へと反射する一方で、凹面鏡７３によって反射された光線を透過させる。このハーフミラー７４を透過した光線は、第２の円偏光素子７５に入射される。
【０１５７】
第２の円偏光素子７５は、ハーフミラー７４と同様に、凹面鏡７３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、液晶ディスプレイ６１の表示画面に対して所定の角度をもって配置され、ハーフミラー７４を透過した円偏光の光線を直線偏光に変化させる。より具体的には、第２の円偏光素子７５は、第１の円偏光素子７２と相俟って、液晶ディスプレイ６１から出射された光線の偏光方向を９０°回転させた偏光方向の光線を生み出すために設けられる。この第２の円偏光素子７５を通過した光線は、偏光フィルタ７６に入射される。
【０１５８】
偏光フィルタ７６は、ハーフミラー７４及び第２の円偏光素子７５と同様に、凹面鏡７３と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、液晶ディスプレイ６１の表示画面に対して所定の角度をもって配置され、第２の円偏光素子７５を通過した光線のうち所定の偏光方向の成分のみを通過させる。ここでは、偏光フィルタ７６は、例えば偏光方向が紙面に対して垂直である直線偏光の光線を通過させる。これにより、この偏光フィルタ７６を通過した光線は、所定の空間位置にて結像し、空中像ＲＩＭとして鑑賞者の眼球ＥＹＥによって視認されることになる。
【０１５９】
遮光板７７は、液晶ディスプレイ６１と対向して配置され、鑑賞者側以外の領域から入射される外光を遮光するとともに、図示しない筐体や液晶ディスプレイ６１の表示画面等によって反射する外光を遮光する。空中像表示装置７０は、この遮光板７７を設けることにより、余計な外光の影響を確実に除去し、より鮮明な空中像ＲＩＭの結像に寄与することができる。
【０１６０】
このような構成からなる空中像表示装置７０には、鑑賞者の眼球ＥＹＥの側から外光が入射される。具体的には、空中像表示装置７０においては、入射された外光がはじめに偏光フィルタ７６を通過する。このとき偏光フィルタ７６は、例えば外光のうち偏光方向が紙面に対して垂直である直線偏光の光線のみを通過させる。さらに、空中像表示装置７０において、偏光フィルタ７６を通過した外光は第２の円偏光素子７５を通過することにより円偏光に変化する。そして、空中像表示装置７０において第２の円偏光素子７５を通過した外光は、ハーフミラー７４を透過した後に凹面鏡７３へと到達し、この凹面鏡７３によって反射される。
【０１６１】
さらに空中像表示装置７０において、凹面鏡７３によって反射された外光は、再度ハーフミラー７４を透過し、第２の円偏光素子７５に入射される。そして、空中像表示装置７０において第２の円偏光素子７５に入射された外光は、当該第２の円偏光素子７５を通過することにより直線偏光に変化する。これにより、第２の円偏光素子７５を通過した外光の偏光方向は、紙面に対して水平方向となる。したがって、空中像表示装置７０においては、第２の円偏光素子７５を通過した外光が偏光フィルタ７６を通過することができず、鑑賞者の眼球ＥＹＥに到達することはない。
【０１６２】
このように、空中像表示装置７０においては、ハーフミラー７４、第２の円偏光素子７５、及び偏光フィルタ７６によって偏光方向を利用した外光に対する減光手段を構成することにより、凹面鏡７３によって反射した外光の影響を確実に除去することができることから、凹面鏡７３等の各種光学部材の存在を鑑賞者に把握される事態を回避することができ、結果として、実在感に優れた空中像ＲＩＭを鮮明に表示することが可能となる。このとき、空中像表示装置７０においては、減光手段を構成する部材を、凹面鏡７３の光軸上に配置することにより、凹面鏡７３の光軸上で高効率に空中像ＲＩＭを結像させることができることから、空中像ＲＩＭの収差を小さくすることができる。
【０１６３】
また、空中像表示装置７０を用いた空中像ＲＩＭの表示では、バックライト装置が発光した光の大部分を液晶ディスプレイ６１の照射に利用することが出来るため、立体映像の表示に必要なエネルギーを低減することが可能である。また、結像される空中像ＲＩＭでは、左目用画像と右目用画像とが同じ位置に結像されるため、現実の物体を認識するのと同様に両目の輻輳角度と焦点距離を調整することで鑑賞者が立体像を視認することができ、立体映像の認識に際する疲労感を低減することが可能となる。
【０１６４】
［第８の実施の形態］
次に、第８の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、左目用の画像を表示する表示装置と右目用の画像を表示する表示装置を個別に備え、二つの表示装置が照射する左目用画像と右目用画像の光線をハーフミラーを用いて同一光軸上の光とするものである。
【０１６５】
図２４に側断面図を示すように、この空中像表示装置８０は、画像を表示する透過型画像表示手段としての左目用液晶ディスプレイ８１Ｌおよび右目用液晶ディスプレイ８１Ｒと、背面光源としての左目用バックライト装置８２Ｌおよび右目用バックライト装置８２Ｒと、光源用光学部材としての左照明用レンズ８４Ｌおよび右目照明用レンズ８４Ｒと、半透過型反射板であるハーフミラー８５と、空中像結像部としての空中像結像レンズ８６とを備える。このうち、左目用液晶ディスプレイ８１Ｌ、右用液晶ディスプレイ８１Ｒ、左目用バックライト装置８２Ｌ、右目用バックライト装置８２Ｒ、左目照明用レンズ８４Ｌ、右目照明用レンズ８４Ｒ、およびハーフミラー８５は、視差表示部を構成する部材である。
【０１６６】
左目用液晶ディスプレイ８１Ｌおよび右目用液晶ディスプレイ８１Ｒは、透過型画像表示手段であり空中像として表示する物体を示す静止画像や動画像を含む各種画像を表示し、バックライト装置から照射された光を透過することで、それぞれ表示された左目用画像および右目用画像の投影を行う。左目用バックライト装置８２Ｌおよび右目用バックライト装置８２Ｒは、例えばＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子を複数有する非偏光の光を発光する装置であり、それぞれ左用液晶ディスプレイ８１Ｌおよび右目用液晶ディスプレイ８１Ｒの背面側に配置されて、表示される画像を鑑賞者の左目および右目方向に照射する。
【０１６７】
左目照明用レンズ８４Ｌおよび右目照明用レンズ８４Ｒは透過型光学素子である凸レンズであり、それぞれ、左目用バックライト装置８２Ｌと左用液晶ディスプレイ８１Ｌの間、右目用バックライト装置８２Ｒと右目用液晶ディスプレイ８１Ｒの間に配されて、左右のバックライト装置が発光した光を所定の焦点距離の位置に結像する。
【０１６８】
空中像表示装置８０では、左目用液晶ディスプレイ８１Ｌ、左目用バックライト装置８２Ｌおよび左目照明用レンズ８４Ｌによって左目用画像の表示と投影を行う左投影光学系を構成し、右用液晶ディスプレイ８１Ｒ、右目用バックライト装置８２Ｒおよび右目照明用レンズ８４Ｒによって右目用画像の表示と投影を行う右投影光学系を構成する。左投影光学系と右投影光学系とは、図に示すように画像の投影を行う光の進行方向である光軸が直角となるように配置されている。
【０１６９】
ハーフミラー８５は、一方の面から入射した光を反射して他方の面から入射した光を透過する半透過型反射板であり、図２４では左目用バックライト装置８２Ｌからの光を透過し、右目用バックライト装置８２Ｒからの光を反射するように配置されている。また、ハーフミラー８５は、左投影光学系の光軸および右投影光学系の光軸と互いに４５度の角度となるように配置されている。
【０１７０】
左右のバックライト装置が発光した光は、それぞれ左目照明用レンズ８４Ｌおよび右目照明用レンズ８４Ｒによって屈折された後に、それぞれ左目用液晶ディスプレイ８１Ｌおよび右目用液晶ディスプレイ８１Ｒを透過し、左目目用バックライト装置８２Ｌが発光した光はハーフミラー８５を透過し、右目用バックライト装置８２Ｒが発光した光はハーフミラー８５で反射される。左投影光学系の光軸と右投影光学系の光軸は直行し、ハーフミラー８５は二つの光軸と４５度の角度を成しているため、左目照明用レンズ８４Ｌおよび右目照明用レンズ８４Ｒの焦点距離を調整することにより、同一光軸上の同じ位置に左目用画像と右目用画像の照明光が中間実像ＭＲＩＭとして結像することになる。
【０１７１】
空中像結像レンズ８６は透過型光学素子である凸レンズであり、視差表示部と鑑賞者との間に配されて、液晶ディスプレイ８１Ｌ，８１Ｒの像を所定の焦点距離の位置に空中像ＲＩＭとして結像する。中間実像ＭＲＩＭは左目用バックライト装置８２Ｌと右目用バックライト装置８２Ｒから照射された光がそれぞれ左照明用レンズ８４Ｌおよび右照明用レンズ８４Ｒによって結像された実像であり、左目用バックライト装置８２Ｌと右目用バックライト装置８２Ｒの光軸に対する位置を調整することで、左目用バックライト装置８２Ｌが発光した光と右目用バックライト装置８２Ｒが発光した光とは異なる経路をたどる。したがって、空中像ＲＩＭを結像した後の左目用バックライト装置８２Ｌが照射する光の進行方向と右目用バックライト装置８２Ｒが照射する光の進行方向とは、光軸に対して平行ではなくそれぞれ鑑賞者の左目と右目方向に分離したものとなる。これによって、同一の位置に空中像ＲＩＭとして結像された左目用の画像と右目用の画像とを、鑑賞者の左右の目に別々に認識させて両眼視差によって立体像の認識を行うことが出来る。
【０１７２】
鑑賞者は、左右の眼の焦点を空中像ＲＩＭの位置にあわせ、眼球の傾きも空中像ＲＩＭが結像されている位置に向けることで空中像ＲＩＭを立体的に認識することができる。したがって、立体を認識するための眼球輻輳と焦点距離が一致するために現実感のある立体像を容易に認識することが可能となり、立体映像の認識を通常の物体認識と同様に行うことで眼球の疲労感を低減することができる。
【０１７３】
［第９の実施の形態］
次に、第９の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、一つの表示装置に左目用画像と右目用画像を交互に表示して時分割型の空中像表示を行うものである。
【０１７４】
図２５に側断面図を示すように、この空中像表示装置９０は、画像を表示する透過型画像表示手段としての液晶ディスプレイ９１と、この背面光源としての左目用バックライト装置９２Ｌおよび右目用バックライト装置９２Ｒと、光源用光学部材としての照明用レンズ９４と、空中像結像部としての空中像結像レンズ９６とを備える。このうち、液晶ディスプレイ９１、左目用バックライト装置９２Ｌ、右目用バックライト装置９２Ｒ、照明用レンズ９４は、視差表示部を構成する部材である。
【０１７５】
図２６は、液晶ディスプレイ９１と左目用バックライト装置９２Ｌおよび右目用バックライト装置９２Ｒの駆動信号を示すグラフである。図中横軸は時間経過を表しており、図中上段のグラフは液晶ディスプレイ９１に伝達されるビデオ信号を示し、中段は左目用バックライト装置９２Ｌの点灯・消灯動作を示し、下段は右目用バックライト装置９２Ｒの点灯・消灯動作を示している。空中像表示装置９０では、液晶ディスプレイ９１に左目用画像と右目用画像を交互に表示し、左目用画像を一画面分表示し終わった時点で左目用バックライト装置９２Ｌを点灯し、右目用画像を一画面分表示し終わった時点で右目用バックライト装置９２Ｒを点灯し、表示とバックライト装置の点灯を同期させる。
【０１７６】
図２７は液晶ディスプレイ９１と左目用バックライト装置９２Ｌおよび右目用バックライト装置９２Ｒの駆動信号の他の例を示すグラフである。液晶ディスプレイ９１に左目用画像と右目用画像を表示する際に、一画面分の画像を表示した後に維持期間を設けて、維持期間中に左目用バックライト装置９２Ｌまたは右目用バックライト装置９２Ｒの点灯を行う。維持期間を長く設定することでバックライト装置によって画像が照射される時間を長くして光量を確保し、良好な立体映像の表示を行うことが可能となる。
【０１７７】
空中像表示装置９０では、上述した第６の実施の形態と同様にして、左目用バックライト装置９２Ｌが点灯したときに左目用画像の空中像ＲＩＭが空中像結像レンズ９６の前面に結像され、右目用バックライト装置９２Ｒが点灯したときに右目用画像の空中像ＲＩＭが空中像結像レンズ９６の前面に結像される。鑑賞者は交互に結像される左目用画像と右目用画像とを視認することで立体映像を認識することができる。
【０１７８】
［第１０の実施の形態］
次に、第１０の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、視差表示部が投影する左目用画像と右目用画像をハーフミラーによって反射して空中像ＲＩＭとして結像し、ハーフミラーの背面側から入射する外部からの光と空中像ＲＩＭとを同時に観察者が視認するものである。
【０１７９】
図２８に側断面図を示すように、この空中像表示装置１１０は、画像を表示する透過型画像表示手段としての液晶ディスプレイ１１１と、この背面光源としての左目用バックライト装置１１２Ｌおよび右目用バックライト装置１１２Ｒと、光源用光学部材としての照明用レンズ１１４と、ハーフミラー１１５と、結像用光学部材としての空中像結像レンズ１１６とを備える。このうち、液晶ディスプレイ１１１、左目用バックライト装置１１２Ｌ、右目用バックライト装置１１２Ｒ、照明用レンズ１１４は、視差表示部を構成する部材である。また、ハーフミラー１１５と空中像結像レンズ１１６は空中像結像部を構成する部材である。
【０１８０】
ここでは、視差表示部として第９の実施の形態に示したと同様の時分割型の構成を示しているので、同様の部材についての説明および左目用画像の照射と右目用画像の照射に関する説明は省略する。また、視差表示部としては時分割型のものではなく、第６の実施の形態に示したバックライト装置の前面に偏光フィルターを配置し、液晶ディスプレイと照明用レンズとの間に分割フィルターを配置する構成のものを用いてもよく、第８の実施の形態に示した左投影光学系と右投影光学系の投影する二つの画像をハーフミラーで同一の光軸上に結像する構成を用いても良い。
【０１８１】
ハーフミラー１１５は、一方の面に入射した光を反射して他方の面に入射した光を透過する半透過型反射板であり、視差表示部から照射されたバックライト装置の光軸と４５度の角度を成すように配置されている。
【０１８２】
空中像結像レンズ１１６は透過型光学素子である凸レンズであり、視差表示部の液晶ディスプレイ１１１の画像を所定の焦点距離の位置に空中像ＲＩＭとして結像する。
【０１８３】
視差表示部が投影する右目用画像と左目用画像の照明光は中間実像ＭＲＩＭとして結像され、空中像結像レンズ１１６で光線が屈折された後にハーフミラー１１５で反射されて鑑賞者の前面で空中像ＲＩＭとして結像される。上述したように、左目用画像を鑑賞者が左目で認識し、右目用画像を鑑賞者が右目で認識することで鑑賞者は立体映像を視認することができる。同時に、鑑賞者の視線の延長線上にはハーフミラー１１５が配置されているため、鑑賞者の目にはハーフミラー１１５の背面側から入射した光も到達することになる。
【０１８４】
したがって、鑑賞者が視認する映像は視差表示部が投影する空中像ＲＩＭの立体視に、ハーフミラー１１５の背景を加えたものとなる。鑑賞者は単に空中像ＲＩＭを認識するだけではなく背景も認識することが可能であるため、鑑賞者は空中像ＲＩＭをより実体のある物体に近い感覚で視認することが可能となる。尚、左目用バックライト装置１１２Ｌと右目用バックライト装置１１２Ｒは、紙面に対して、垂直方向に並んで配置される。
【０１８５】
［第１１の実施の形態］
次に、第１１の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、視差表示部が投影する左目用画像と右目用画像をハーフミラーによって反射して空中像ＲＩＭとして結像し、ハーフミラーの背面側から入射する外部からの光と空中像ＲＩＭとを同時に観察者が視認するものである。また空中像結像部には凹面鏡を用いている。
【０１８６】
図２９に側断面図を示すように、この空中像表示装置１２０は、画像を表示する透過型画像表示手段としての液晶ディスプレイ１２１と、この背面光源としての左目用バックライト装置１２２Ｌおよび右目用バックライト装置１２２Ｒと、第１の円偏光素子１２３と、光源用光学部材としての照明用レンズ１２４と、空中像結像部の反射型光学素子としての凹面鏡１２５と、この凹面鏡１２５と中間実像ＭＲＩＭの結像位置との間に配置されたハーフミラー１２６、第２の円偏光素子１２７、及び偏光フィルタ１２８とを備える。
【０１８７】
このうち、液晶ディスプレイ１２１、左目用バックライト装置１２２Ｌ、右目用バックライト装置１２２Ｒ、第１の円偏光素子１２３、照明用レンズ１２４は、視差表示部を構成する部材である。また、凹面鏡１２５とハーフミラー１２６、第２の円偏光素子１２７、及び偏光フィルタ１２８は空中像結像部を構成する部材である。
【０１８８】
ここでは、視差表示部として第９の実施の形態に示したと同様の時分割型の構成を示しているので、同様の部材についての説明および左目用画像の照射と右目用画像の照射に関する説明は省略する。また、視差表示部としては時分割型のものではなく、第６の実施の形態に示したバックライト装置の前面に偏光フィルターを配置し、液晶ディスプレイと照明用レンズとの間に分割フィルターを配置する構成のものを用いてもよく、第８の実施の形態に示した左投影光学系と右投影光学系の投影する二つの画像をハーフミラーで同一の光軸上に結像する構成を用いても良い。
【０１８９】
第１の円偏光素子１２３は、液晶ディスプレイ１２１の表示画面上に配置され、液晶ディスプレイ１２１から出射された偏光方向が水平である直線偏光の光線を、円偏光に変化させる。視差表示部が左目用画像と右目用画像を空中像結像部に対して照射する方法は上述した第９の実施の形態を用いて説明したものと同様である。
【０１９０】
凹面鏡１２５は、第１の円偏光素子１２３によって円偏光とされ且つハーフミラー１２６を透過して入射された光線を反射する。なお、この凹面鏡１２５に入射される光線及びこの凹面鏡１２５から出射される光線は、円偏光とされるのはいうまでもない。この凹面鏡１２５によって反射された光線は、ハーフミラー１２６の反射面に入射される。
【０１９１】
ハーフミラー１２６は、凹面鏡１２５と中間実像ＭＲＩＭの結像位置との間に位置して、液晶ディスプレイ１２１の表示画面に対して所定の角度をもって配置される。ハーフミラー１２６は、第１の円偏光素子１２３を通過した光線が透過面に入射すると、この光線を凹面鏡１２５の方向へと透過する一方で、凹面鏡１２５によって反射された光線を鑑賞者方向に反射させる。このハーフミラー１２６を透過した光線は、第２の円偏光素子１２７に入射される。また、ハーフミラー１２６の光を透過する面には背景である外部光線が入射し、外部光線はハーフミラー１２６を透過して鑑賞者方向へと進む。
【０１９２】
第２の円偏光素子１２７は、ハーフミラー１２６と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、ハーフミラー１２６側から入射した光のうち円偏光の光線を直線偏光に変化させる。この第２の円偏光素子１２７を通過した光線は、偏光フィルタ１２８に入射される。
【０１９３】
偏光フィルタ１２８は第２の円偏光素子１２７と同様に、ハーフミラー１２６と空中像ＲＩＭの結像位置との間に位置して、第２の円偏光素子１２７を通過した光線のうち所定の偏光方向の成分のみを通過させる。このとき、偏光フィルタ１２８が透過する偏光方向を、第１の円偏光素子１２３と第２の円偏光素子１２７によって決定される偏光方向の光線を通過させると設定する。これにより、この偏光フィルタ１２８を通過した光線は、所定の空間位置にて結像し、空中像ＲＩＭとして鑑賞者の眼球ＥＹＥによって視認されることになる。
【０１９４】
同時に、鑑賞者の視線の延長線上にはハーフミラー１２６が配置されているため、鑑賞者の目にはハーフミラー１２６の背面側から入射した光も到達することになる。したがって、鑑賞者が視認する映像は視差表示部が投影する空中像ＲＩＭの立体視に、ハーフミラー１２６の背景を加えたものとなる。鑑賞者は単に空中像ＲＩＭを認識するだけではなく背景も認識することが可能であるため、鑑賞者は空中像ＲＩＭをより実体のある物体に近い感覚で視認することが可能となる。尚、左目用バックライト装置１２２Ｌと右目用バックライト装置１２２Ｒは、紙面に対して、垂直方向に並んで配置される。
【０１９５】
［第１２の実施の形態］
次に、第１２の実施の形態として示す空中像表示装置について図３０を用いて説明する。本実施の形態の空中像表示装置１３０は、上述した第７の実施の形態と類似した構成であり、第７の実施の形態で所定のディスプレイから出射された光線を空中像として結像させる光学部材として用いた凹面鏡として凹面ハーフミラー１３１を用いた点のみが異なる。したがって、この第７の実施の形態として示す空中像表示装置１３０の説明では、先に説明した空中像表示装置７０と同様の部位については同一符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。
【０１９６】
凹面ハーフミラー１３１は、凹面側に入射した光を反射して凸面側に入射した光を透過する半透過型の凹面鏡である。空中像表示装置７０が左目用画像と右目用画像の空中像ＲＩＭを所定の位置に結像する方法は、先に述べた第７の実施の形態と同様であり、左目用画像を鑑賞者が左目で認識し、右目用画像を鑑賞者が右目で認識することで鑑賞者は立体映像を視認することができる。
【０１９７】
同時に、鑑賞者の視線の延長線上にはハーフミラー７４と凹面ハーフミラー１３１が配置されているため、鑑賞者の目にはハーフミラー７４と凹面ハーフミラー１３１の背面側から入射した光も到達することになる。したがって、鑑賞者が視認する映像は視差表示部が投影する空中像ＲＩＭの立体視に、凹面ハーフミラー１３１の背景を加えたものとなる。鑑賞者は単に空中像ＲＩＭを認識するだけではなく背景も認識することが可能であるため、鑑賞者は空中像ＲＩＭをより実体のある物体に近い感覚で視認することが可能となる。
【０１９８】
［第１３の実施の形態］
次に、第１３の実施の形態として示す空中像表示装置について説明する。この空中像表示装置は、鑑賞者の頭部位置を検出して、鑑賞者の位置に応じて空中像ＲＩＭを結像する位置を変化させるものである。
【０１９９】
図３１に光学系の上面図を示すように、この空中像表示装置１３０は、画像を表示する透過型画像表示手段としての液晶ディスプレイ１４１と、この背面光源としてのバックライト装置１４２と、照射光を直線偏光に変換する偏光板である偏光フィルター１４３と、偏光領域制御フィルターとしての分割液晶シャッター１４４と、光源用光学部材としての照明用レンズ１４５と、透過する光の偏光方向を決定する分割フィルターとしての空間分割フィルター１４６と、空中像結像部としての空中像結像レンズ１４７と、鑑賞者の位置を検出する位置検出部１４８とを備える。このうち、液晶ディスプレイ１４１、バックライト装置１４２、偏光フィルター１４３、分割液晶シャッター１４４、照明用レンズ１４５、空間分割フィルター１４６は、視差表示部を構成する部材である。
【０２００】
液晶ディスプレイ１４１は、透過型画像表示手段であり空中像として表示する物体を示す静止画像や動画像を含む各種画像を表示し、バックライト装置１４２から照射された光を透過することで表示された画像の投影を行う。バックライト装置１４２は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子を複数有する非偏光の光を発光する装置であり、液晶ディスプレイ１４１が表示する画像を鑑賞者の方向に照射する。バックライト装置１４２が光を照射する方向を照明用レンズ１４５の範囲内に調整することで、発光に用いられるエネルギーを効率良く画像の照射に用いることができる。
【０２０１】
偏光フィルター１４３は、バックライト装置１４２の前面に配置された直線偏光板であり、バックライト装置１４２から射出された光を直線偏光にする。
【０２０２】
分割液晶シャッター１４４は、偏光フィルター１４３の前面に配置されたＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶素子であり、ＴＮ液晶のＯＮ領域とＯＦＦ領域を変更することで左目用領域１４４Ｌと右目用領域１４４Ｒ領域の面積を変化させ、偏光フィルター１４３を透過した直線偏光の偏光方向を回転させる領域とそのまま透過させる領域の変更を行う。ここでは、一例として分割液晶シャッター１４４のＴＮ液晶がＯＮの領域を偏光方向を回転させない左目用領域１４４Ｌとし、ＴＮ液晶がＯＦＦの領域を偏光方向を９０度回転出せる右目用領域１４４Ｒとする。
【０２０３】
照明用レンズ１４５は透過型光学素子である凸レンズであり、バックライト装置１４２と液晶ディスプレイ１４１との間に配されて、バックライト装置１４２が発光して偏光フィルター１４３および分割液晶シャッター１４４を透過した光を所定の焦点距離の位置に結像する。バックライト装置１４２が発光した光は、照明用レンズ１４５によって屈折された後に液晶ディスプレイ１４１を透過するので、焦点位置には液晶ディスプレイ１４１をが表示している照明光が中間実像ＭＲＩＭとして結像することになる。
【０２０４】
空間分割フィルター１４６は、偏光フィルターを１４３と分割液晶シャッター１４４を透過した直線偏光の光を透過するか遮断するかを決める部材であり、左目用領域１４４Ｌを透過した光は液晶ディスプレイ１４１に表示された左目用の画像のみを照射し、右目用領域１４４Ｒを透過した光は液晶ディスプレイ１４１に表示された右目用の画像のみを照射する。
【０２０５】
空中像結像レンズ１４７は透過型光学素子である凸レンズであり、液晶ディスプレイ１４１と鑑賞者との間に配されて、液晶ディスプレイ１４５の像を所定の焦点距離の位置に空中像ＲＩＭとして結像する。中間実像ＭＲＩＭはバックライト装置１４２から照射された光が照明用レンズ１４５によって結像された実像であり、分割液晶シャッター１４４の左目用領域１４４Ｌと右目用領域１４４Ｒとが光軸に対して並列に配置されているので、左目用画像と右目用画像とは異なる経路をたどる。したがって、空中像ＲＩＭを結像した後の左目用画像の光の進行方向と右目用画像の光の進行方向とは、光軸に対して平行ではなくそれぞれ鑑賞者の左目と右目方向に分離したものとなる。これによって、同一の位置に空中像ＲＩＭとして結像された左目用の画像と右目用の画像とを、鑑賞者の左右の目に別々に認識させて両眼視差によって立体像の認識を行うことが出来る。
【０２０６】
鑑賞者は、左右の眼の焦点を空中像ＲＩＭの位置にあわせ、眼球の傾きも空中像ＲＩＭが結像されている位置に向けることで空中像ＲＩＭを立体的に認識することができる。したがって、立体を認識するための眼球輻輳と焦点距離が一致するために現実感のある立体像を容易に認識することが可能となり、立体映像の認識を通常の物体認識と同様に行うことで眼球の疲労感を低減することができる。
【０２０７】
位置検出部１４８は、空中像結像レンズ１４７の周縁部に配置された赤外光を照射する赤外照射手段である赤外ランプ１４８ａと、赤外光の検出をする赤外検出手段１４８ｂとを備え、赤外ランプ１４８ａが鑑賞者に対して照射した赤外光を赤外検出手段１４８ｂが検出する。鑑賞者の照射は赤外光で行うため観察者は照明光の明るさを知覚できず、赤外光の照射によって空中像の視認性が低下することは無い。
【０２０８】
次に図３２を用いて、液晶ディスプレイ１４１に表示した左目用の画像と右目用の画像を、それぞれ分割液晶シャッター１４４の左目用領域１４４Ｌと右目用領域１４４Ｒを透過した光で照射するための偏光方向の制御について説明する。
【０２０９】
本実施の形態では、先に述べた第６の実施の形態における左目用偏光フィルター６３Ｌおよび右目用偏光フィルター６３Ｒに代えて、偏光フィルターを１４３および分割液晶シャッター１４４を用いてバックライト装置１４２が照射した光を互いに偏光方向が直交する２種類の直線偏光にするものである。
【０２１０】
分割液晶シャッター１４４では、位置検出部１４８が検出した鑑賞者の位置に応じて、ＴＮ液晶がＯＮである左目用領域１４４ＬとＴＮ液晶がＯＦＦの領域である右目用領域１４４Ｒの面積比が決定される。バックライト装置１４２が発光した非偏光の光は、偏光フィルター１４３を透過することで一方向の直線偏光になる。偏光フィルター１４３を通過した光は、左目用領域１４４Ｌを透過した場合には偏光方向が維持されたまま照明用レンズ１４５に到達し、右目用領域１４４Ｒを透過した場合には偏光方向が９０度回転されて照明用レンズ１４５に到達する。
【０２１１】
左目用領域１４４Ｌと右目用領域１４４Ｒを透過した光は互いに偏光方向が直交した直線偏光の光なので、上述した第６の実施の形態と同様に、空間分割フィルター１４６の動作によって左目用領域１４４Ｌを透過した光によって左目用画像を照射し、右目用領域１４４Ｒを透過した光によって右目用画像を照射する。空間分割フィルター１４６の構成および動作は上述した第６の実施の形態で図１９乃至図２１を用いて説明したもので同様である。
【０２１２】
左目用領域１４４Ｌと右目用領域１４４Ｒの面積比を変更することで、空中像結像レンズ１４７の光軸中心に対する左目用領域１４４Ｌと右目用領域１４４Ｒの位置が変化するため、空中像ＲＩＭが結像される位置も空中像結像レンズ１４７の光軸中心から変動し、ソレに伴って鑑賞者が空中像ＲＩＭを立体像として視認できる方向も変化する。
【０２１３】
次に図３３を用いて、位置検出部１４８と分割液晶シャッター１４４により空中像ＲＩＭの結像位置を変化させる方法と構成について説明する。位置検出部１４８は上述した様に、赤外ランプ１４８ａと赤外検出手段１４８ｂとを備え、赤外ランプ１４８ａが鑑賞者に対して赤外光を照射し、鑑賞者の顔で反射された赤外光を赤外検出手段１４８ｂが検出するものである。本実施の形態では、赤外検出手段１４８ｂを分割液晶シャッター１４４の上部に配置し、赤外検出手段１４８ｂが検出した赤外光のデータを信号処理回路１４８ｃに送出する。信号処理回路１４８ｃが赤外光のデータ処理を行った結果は液晶シャッター制御回路１４８ｄに伝達され、液晶シャッター制御回路１４８ｄは分割液晶シャッター１４４のＴＮ液晶のＯＮ領域とＯＦＦ領域を変化させて、左目用領域１４４Ｌと右目用領域１４４Ｒの面積比率を制御する。
【０２１４】
赤外ランプ１４８ａによって赤外線が照射された鑑賞者の顔からは赤外光が反射し、鑑賞者の顔で反射された赤外光の一部は空中像結像レンズ１４７に入射し、空中像結像レンズ１４７、液晶ディスプレイ１４１、空間分割フィルター１４６、照明用レンズ１４５を透過して赤外検出手段１４８ｂまで到達する。赤外検出手段１４８ｂは、鑑賞者の顔によって反射されて到達した赤外光の強度分布を測定し、測定結果を信号処理回路１４８ｃに送出する。信号処理回路１４８ｃは、赤外検出手段１４８ｂが検出した赤外線強度が最大の位置を偏光境界として設定し、液晶シャッター制御回路１４８ｄに偏光境界の情報を伝達する。液晶シャッター制御回路１４８ｄでは、偏光境界に対応する位置を境界としてＴＮ液晶のＯＮ領域とＯＦＦ領域を分離する。
【０２１５】
赤外検出手段１４８ｂが検出した赤外光の強度が最大の位置は、鑑賞者の顔の中心によって反射された赤外光を検出していると考えられる。また、バックライト装置１４２が発光した光は分割液晶シャッター１４４を透過した後に、鑑賞者から反射されて赤外検出手段まで到達した赤外光線の経路を逆に進行していくため、偏光境界によって左右に分離された左目用領域１４４Ｌを透過した光は鑑賞者の左目に到達し、右目用領域１４４Ｒを透過した光は鑑賞者の右目に到達する。したがって、鑑賞者の顔の位置が空中像結像レンズ１４７の光軸中心から変動した場合にも、赤外光の照射および検出と、赤外光強度が最大の位置を境にしてＴＮ液晶のＯＮとＯＦＦを制御することによって、鑑賞者の左右の目にそれぞれ左目用画像と右目用画像を視認させることができる。
【０２１６】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した第３の実施の形態では、遮光板を備えないものとして説明したが、本発明は、透過型光学素子を用いる場合であっても、鑑賞者側以外の領域から入射される外光を遮光するとともに、筐体や偏光出力ディスプレイの表示画面等によって反射する外光を遮光するための遮光板を、適宜備えるようにしてもよい。
【０２１７】
また、本発明は、上述した複数の実施の形態の特徴を、可能な範囲で適宜組み合わせることも可能である。
【０２１８】
このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【０２１９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明にかかる空中像表示装置は、外部から入射される外光を減光することにより、光学部材の存在を鑑賞者に把握される事態を回避することができ、結果として、実在感に優れた空中像を鮮明に表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図２】１／２波長板の機能を説明するための図であり、（Ａ）は、１／２波長板を正面方向から見たときの入射光及び出射光の偏光方向を示し、（Ｂ）は、１／２波長板を斜め方向から見たときの入射光及び出射光の偏光方向を示す図である。
【図３】１／４波長板の機能を説明するための図であり、１／４波長板を２枚重ねた場合に斜め方向から見たときの入射光及び出射光の偏光方向を示す図である。
【図４】入射光の振動波形を説明する図であり、（Ａ）は、ｙ方向成分の振動波形を示し、（Ｂ）は、ｘ方向成分の振動波形を示す図である。
【図５】１／４波長板を通過した出射光の振動波形を説明する図であり、（Ａ）は、ｙ方向成分の振動波形を示し、（Ｂ）は、ｘ方向成分の振動波形を示す図である。
【図６】同空中像表示装置の構成を説明する側断面図であり、外光の経路を説明するための図である。
【図７】同空中像表示装置の他の構成を説明する側断面図である。
【図８】金属がコーティングされた平凸レンズの側面図である。
【図９】反射型フレネルレンズの側面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図１１】同空中像表示装置の構成を説明する側断面図であり、外光の経路を説明するための図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図１３】同空中像表示装置の構成を説明する側断面図であり、外光の経路を説明するための図である。
【図１４】減光手段を構成する部材を互いに平行に配置した例としての空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図１６】偏光出力ディスプレイの表示画面上に光学系を設けない例としての空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図１７】本発明の第５の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図１８】本発明の第６の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図１９】図１８に示した空間分割フィルターの構造の一例と左目用偏光フィルター、右目用偏光フィルターの偏光方向との関係を示す模式斜視図である。
【図２０】図１９に示した空間分割フィルターによる光の透過と遮断について説明した模式図であり、図２０（ａ）は鑑賞者の左目に入射する光の経路を示し、図２０（ｂ）は鑑賞者の右目に入射する光の経路を示している。
【図２１】液晶ディスプレイの水平ライン毎に交互に左目用画像と右目用画像を表示するための視差画像信号生成システムについて説明するブロック図である。
【図２２】本発明の第７の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図２３】本発明の第７の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を鑑賞者側からみた断面図である。
【図２４】本発明の第８の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図２５】本発明の第９の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図２６】液晶ディスプレイと左目用バックライト装置および右目用バックライト装置の駆動信号を示すグラフである。
【図２７】液晶ディスプレイと左目用バックライト装置および右目用バックライト装置の駆動信号を示す他の例のグラフである。
【図２８】本発明の第１０の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図２９】本発明の第１１の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図３０】本発明の第１２の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図３１】本発明の第１３の実施の形態として示す空中像表示装置の構成を説明する側断面図である。
【図３２】液晶ディスプレイに表示した左目用の画像と右目用の画像を、それぞれ分割液晶シャッターの左目用領域と右目用領域を透過した光で照射するための偏光方向の制御について説明した模式図である。
【図３３】位置検出部と分割液晶シャッターにより空中像の結像位置を変化させる方法と構成について説明した模式図である。
【図３４】従来の透過型光学素子を用いたシステムの構成を説明する側断面図である。
【図３５】図３４に示すシステムが備えるディスプレイデバイスに表示する表示画像の例として、物体の周囲を黒くした映像を表示している様子を説明する図である。
【図３６】図３５に示す表示画像に基づいて空中像が表示されている様子を説明する図である。
【図３７】従来の反射型光学素子を用いたシステムの構成を説明する側断面図である。
【図３８】従来の立体ディスプレイを視聴するための構成を示した図であり、立体視のために眼鏡の装着が必要な例を示している。
【図３９】図３８に示した立体ディスプレイで立体映像を視認する原理を示す模式図である。
【図４０】図３９に示した立体ディスプレイと液晶シャッター眼鏡の駆動方法を示すグラフである。
【図４１】従来の立体ディスプレイで鑑賞者が立体映像を視認するための眼球輻輳と焦点調整を説明する模式図である。
【図４２】従来の立体ディスプレイでの発光方向と、鑑賞者が認識するために必要な光の照射方向とを示す模式図である。
【図４３】従来の凹面鏡を用いた立体ディスプレイの構成と光軸の関係を示す側断面図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１１０，１２０，１３０ 空中像表示装置
１１，３１ 偏光出力ディスプレイ
１２，３２ 第１の円偏光素子
１３，７３，１２５ 凹面鏡
１３’ 反射型フレネルレンズ
１４，２１，７４，８５，１１５ ハーフミラー
１５，３４ 第２の円偏光素子
１６，２２，３５，７６，１２８，１４３ 偏光フィルタ
１７，７７ 遮光板
２３ 減光フィルタ
３３ 透過型レンズ
５１ 平凸レンズ
６１，９１，１１１，１２１，１４１ 液晶ディスプレイ
６１Ｂ 直線偏光板
６２Ｒ，８２Ｒ，９２Ｒ，１１２Ｒ，１２２Ｒ 右目用バックライト装置
６２Ｌ，８２Ｌ，９２Ｌ，１１２Ｌ，１２２Ｌ 左目用バックライト装置
６３Ｒ 右目用偏光フィルター
６３Ｌ 左目用偏光フィルター
６４，９４，１１４，１２４，１４５ 照明用レンズ
６５，１４６ 空間分割フィルター
６５Ｌ 偏光方向回転部
６５Ｎ 偏光方向非回転部
６５Ｂ 直線偏光板
６６，８６，９６，１１６，１４７ 空中像結像レンズ
６７ 情報処理手段
６８Ｒ 右用スキャンコンバータ
６８Ｌ 左用スキャンコンバータ
６９ 信号スイッチング回路
７２，７５，１２３，１２６，１２７ 円偏光素子
８１Ｒ 右目用液晶ディスプレイ
８１Ｌ 左目用液晶ディスプレイ
８４Ｒ 右目照明用レンズ
８４Ｌ 左目照明用レンズ
１３１ 凹面ハーフミラー
１４２ バックライト装置
１４４ 分割液晶シャッター
１４４Ｒ 右目用領域
１４４Ｌ 左目用領域
１４８ 位置検出部
１４８ａ 赤外ランプ
１４８ｂ 赤外検出手段
１４８ｃ 信号処理回路
１４８ｄ 液晶シャッター制御回路
ＭＲＩＭ 中間実像
ＥＹＥ 眼球
ＲＩＭ 空中像
ＲＩＭ’，ＲＩＭ’’ ゴースト像
Claims (42)
- 所定の画像を空中で結像させて空中像を表示する空中像表示装置であって、
上記空中像として表示する物体を示す画像を表示する表示手段と、
上記表示手段から出射された光線を上記空中像として結像させる光学部材と、
外部から入射される外光を減光する減光手段とを備えること
を特徴とする空中像表示装置。 - 上記減光手段は、上記光学部材と上記空中像の結像位置との間に配置された円偏光素子及び偏光フィルタを用いて構成されること
を特徴とする請求項１記載の空中像表示装置。 - 上記減光手段は、さらに上記光学部材と上記空中像の結像位置との間に配置されたハーフミラーを用いて構成されること
を特徴とする請求項２記載の空中像表示装置。 - 上記光学部材は、反射型光学素子であり、
上記円偏光素子及び上記偏光フィルタは、上記ハーフミラーに対して非平行に配置されていること
を特徴とする請求項３記載の空中像表示装置。 - 上記表示手段の表示画面上に、他の円偏光素子を備えること
を特徴とする請求項２記載の空中像表示装置。 - 上記減光手段は、上記光学部材と上記空中像の結像位置との間に配置された減光フィルタを用いて構成されること
を特徴とする請求項１記載の空中像表示装置。 - 上記減光手段は、さらに上記光学部材と上記空中像の結像位置との間に配置されたハーフミラーを用いて構成されること
を特徴とする請求項６記載の空中像表示装置。 - 上記光学部材は、反射型光学素子であり、
上記減光フィルタは、上記ハーフミラーに対して非平行に配置されていることを特徴とする請求項７記載の空中像表示装置。 - 上記減光手段は、さらに上記光学部材と上記空中像の結像位置との間に配置された偏光フィルタを用いて構成されること
を特徴とする請求項６記載の空中像表示装置。 - 上記減光手段は、さらに上記光学部材と上記空中像の結像位置との間に配置されたハーフミラーを用いて構成されること
を特徴とする請求項９記載の空中像表示装置。 - 上記光学部材は、反射型光学素子であり、
上記減光フィルタ及び上記偏光フィルタは、上記ハーフミラーに対して非平行に配置されていること
を特徴とする請求項１０記載の空中像表示装置。 - 外部から入射される外光を遮光する遮光手段を備えること
を特徴とする請求項１記載の空中像表示装置。 - 上記表示手段の表示画面上に、当該表示手段から出射される光線を屈折させる光学系を備えること
を特徴とする請求項１記載の空中像表示装置。 - 上記光学系は、平凸レンズ、又はフレネルレンズであること
を特徴とする請求項１３記載の空中像表示装置。 - 上記光学部材は、反射型光学素子であること
を特徴とする請求項１記載の空中像表示装置。 - 上記減光手段は、上記反射型光学素子の光軸上に配置されていること
を特徴とする請求項１５記載の空中像表示装置。 - 上記反射型光学素子は、凹面鏡であること
を特徴とする請求項１５記載の空中像表示装置。 - 上記反射型光学素子は、反射型フレネルレンズであること
を特徴とする請求項１５記載の空中像表示装置。 - 上記光学部材は、透過型光学素子であること
を特徴とする請求項１記載の空中像表示装置。 - 上記透過型光学素子は、透過型レンズであること
を特徴とする請求項１９記載の空中像表示装置。 - 上記透過型光学素子は、透過型フレネルレンズであること
を特徴とする請求項１９記載の空中像表示装置。 - 上記表示手段は、偏光出力型のディスプレイであること
を特徴とする請求項１記載の空中像表示装置。 - 上記表示手段は、直視型ディスプレイであること
を特徴とする請求項１記載の空中像表示装置。 - 上記表示手段は、投射型ディスプレイであること
を特徴とする請求項１記載の空中像表示装置。 - 所定の画像を空中で結像させて空中像を表示する空中像表示装置であって、
第一の画像および第二の画像を投影して両眼視差を有する画像を提示する視差表示部と、
上記視差表示部から出射された光線を上記空中像として結像させる空中像結像部とを備え、
上記視差表示部と上記空中像結像部とを一つの光軸上に配置したこと
を特徴とする空中像表示装置。 - 上記視差表示部は、
光を透過して画像を表示する透過型画像表示手段と、
上記透過型画像表示手段に透過光を照射する背面光源とを備えること
を特徴とする請求項２５記載の空中像表示装置。 - 上記背面光源から射出された光線を屈折させる光源用光学部材を備えることを特徴とする請求項２６記載の空中表示装置。
- 上記視差表示部は、
上記背面光源と上記透過型画像表示手段との間に配置された互いに偏光方向が異なる第一の偏光板および第二の偏光板と、
上記第一の偏光板を透過した光で上記第一の画像を表示させ、上記第二の偏光板を透過した光で上記第二の画像を表示させる分割フィルターとを備えること
を特徴とする請求項２６記載の空中像表示装置。 - 上記分割フィルターは、
偏光方向を変化させて光を透過する偏光方向回転部と、
偏光方向を変化させずに光を透過する偏光方向非回転部と、
所定の偏光方向の光のみを透過する第三の偏光板とを備えること
を特徴とする請求項２８記載の空中像表示装置。 - 上記視差表示部が、
上記第一の画像を表示する第一の画像表示部と、
上記第二の画像を表示する第二の画像表示部とを備えること
を特徴とする請求項２５記載の空中像表示装置。 - 上記視差表示部が、
上記第一の画像表示部から射出された上記第一の画像を反射し、上記第二の画像表示部から射出された上記第二の画像を透過して、上記第一の画像と上記第二の画像とを同一の光軸上に表示するハーフミラーを備えること
を特徴とする請求項３０記載の空中像表示装置。 - 上記視差表示部が、
時間変化に応じて上記第一の画像と上記第二の画像とを切り替えて表示する画像表示部を有すること
を特徴とする請求項２５記載の空中像表示装置。 - 上記空中像結像部は、反射型光学素子であること
を特徴とする請求項２５記載の空中像表示装置。 - 上記反射型光学素子は、凹面鏡であること
を特徴とする請求項３３記載の空中像表示装置。 - 上記空中像結像部は、透過型光学素子であること
を特徴とする請求項２５記載の空中像表示装置。 - 上記透過型光学素子は、透過型レンズであること
を特徴とする請求項３５記載の空中像表示装置。 - 上記空中像結像部が、
上記空中像を結像する側に上記視差表示部から射出された光線を反射すると共に、上記空中像を結像する側と反対側である背景側からの光を透過する半透過型反射板を備えること
を特徴とする請求項２５記載の空中像表示装置。 - 鑑賞者と上記空中結像部との位置関係を検出する位置検出部と、
上記位置検出部が検出した上記鑑賞者の位置に応じて、上記視差表示部が上記第一の画像および上記第二の画像を表示する位置を変更する表示位置変更手段とを備えること
を特徴とする請求項２５記載の空中像表示装置。 - 上記位置検出部が、
上記鑑賞者に対して赤外線を照射する赤外照射手段と、
上記鑑賞者で反射された上記赤外線を検出する赤外光検出手段とを備えること
を特徴とする請求項３８記載の空中像表示装置。 - 上記視差表示部は、
光を透過して画像を表示する透過型画像表示手段と、
上記透過型画像表示手段に透過光を照射する背面光源と、
上記背面光源と上記透過型画像表示手段との間に配置され、互いに偏光方法が異なる第一の偏光領域と第二の偏光領域との面積を変化させる偏光領域制御フィルターと、
上記第一の偏光領域を透過した光で上記第一の画像を表示させ、上記第二の偏光領域を透過した光で上記第二の画像を表示させる分割フィルターとを備えること
を特徴とする請求項３９記載の空中像表示装置。 - 上記分割フィルターは、
偏光方向を変化させて光を透過する偏光方向回転部と、
偏光方向を変化させずに光を透過する偏光方向非回転部と、
所定の偏光方向の光のみを透過する第三の偏光板とを備えること
を特徴とする請求項４０記載の空中像表示装置。 - 上記赤外線検出手段が上記偏光領域制御フィルターの上記鑑賞者側に配置され、
上記偏光領域制御フィルターが、上記赤外線検出手段が検出した赤外線の強度が最大となる位置を上記第一の偏光領域と上記第二の偏光領域の境界とすること
を特徴とする請求項４０記載の空中像表示装置。
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|---|---|
| JP (1) | JP4341308B2 (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006301419A (ja) * | 2005-04-22 | 2006-11-02 | Olympus Medical Systems Corp | 立体観察装置 |
| JP2009100996A (ja) * | 2007-10-24 | 2009-05-14 | Aloka Co Ltd | 超音波診断システム |
| JP2011034086A (ja) * | 2007-05-23 | 2011-02-17 | Kwangwoon Univ Research Inst For Industry Cooperation | 立体映像ディスプレイ方法及びシステム並びに立体映像ディスプレイプログラムが記録された記録媒体 |
| JP2011203731A (ja) * | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Seiko Epson Corp | 空中三次元画像を生成するシステムおよび空中三次元画像を生成する方法 |
| WO2013005306A1 (ja) * | 2011-07-05 | 2013-01-10 | 富士通株式会社 | 認証装置、電子装置、方法及びプログラム |
| WO2013005305A1 (ja) * | 2011-07-05 | 2013-01-10 | 富士通株式会社 | 認証装置、電子装置、方法及びプログラム |
| JP2017049352A (ja) * | 2015-08-31 | 2017-03-09 | 日本電信電話株式会社 | 空間像表示装置 |
| CN106773087A (zh) * | 2017-01-09 | 2017-05-31 | 中国科学技术大学 | 一种浮动集成成像立体显示装置 |
| JP2019040096A (ja) * | 2017-08-25 | 2019-03-14 | 国立大学法人電気通信大学 | 空中像形成光学系及び空中像形成装置 |
| CN109523931A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-03-26 | 像航（上海）科技有限公司 | 显示器和智能设备 |
| JP2020160424A (ja) * | 2019-03-25 | 2020-10-01 | 株式会社Ｊｖｃケンウッド | ヘッドマウントディスプレイ |
| CN113296342A (zh) * | 2021-05-21 | 2021-08-24 | 光感(上海)科技有限公司 | 一种光学投影系统 |
| CN114217441A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-03-22 | 深圳创维新世界科技有限公司 | 一种空中悬浮显示模组及其系统 |
| CN115136228A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-09-30 | 深圳盈天下视觉科技有限公司 | 水下成像设备 |
| WO2023274255A1 (zh) * | 2021-06-28 | 2023-01-05 | 安徽省东超科技有限公司 | 空中成像系统及基于空中成像的人机交互系统 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08136852A (ja) * | 1994-11-02 | 1996-05-31 | Olympus Optical Co Ltd | 接眼光学系を有する光学装置 |
| JPH0990312A (ja) * | 1995-09-27 | 1997-04-04 | Olympus Optical Co Ltd | 光学装置 |
| JPH11119154A (ja) * | 1997-10-17 | 1999-04-30 | Ricoh Co Ltd | バーチャルスクリーン型立体表示装置 |
| JP2000035550A (ja) * | 1998-05-15 | 2000-02-02 | Ricoh Co Ltd | バーチャルスクリーン型表示装置およびその製造方法・テレビジョン・テレビ電話装置・コンピュータ・ビデオプレーヤ・バーチャルスクリーン型表示装置の設計方法 |
| JP2001142027A (ja) * | 1999-11-16 | 2001-05-25 | Samii Kk | 医療機器用立体画像表示装置 |
| JP2001177784A (ja) * | 1999-12-17 | 2001-06-29 | Samii Kk | 立体画像プロモーション装置 |
| JP2001218231A (ja) * | 2000-01-31 | 2001-08-10 | Communications Research Laboratory Mphpt | 立体画像を表示する装置および方法 |
| JP2001246493A (ja) * | 1999-12-28 | 2001-09-11 | Toshiba Corp | ハンダ材及びこれを用いたデバイス又は装置並びにその製造方法 |
| JP2002365589A (ja) * | 2001-06-06 | 2002-12-18 | Olympus Optical Co Ltd | 立体表示装置 |
| JP2003502710A (ja) * | 1999-06-22 | 2003-01-21 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 頭部装着式表示装置 |
| US20030020879A1 (en) * | 2001-07-26 | 2003-01-30 | Seiko Epson Corporation | Stereoscopic display and projection-type stereoscopic display |
| JP2003185970A (ja) * | 2001-10-11 | 2003-07-03 | Seiko Epson Corp | 立体表示装置 |
-
2003
- 2003-06-27 JP JP2003184218A patent/JP4341308B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08136852A (ja) * | 1994-11-02 | 1996-05-31 | Olympus Optical Co Ltd | 接眼光学系を有する光学装置 |
| JPH0990312A (ja) * | 1995-09-27 | 1997-04-04 | Olympus Optical Co Ltd | 光学装置 |
| JPH11119154A (ja) * | 1997-10-17 | 1999-04-30 | Ricoh Co Ltd | バーチャルスクリーン型立体表示装置 |
| JP2000035550A (ja) * | 1998-05-15 | 2000-02-02 | Ricoh Co Ltd | バーチャルスクリーン型表示装置およびその製造方法・テレビジョン・テレビ電話装置・コンピュータ・ビデオプレーヤ・バーチャルスクリーン型表示装置の設計方法 |
| JP2003502710A (ja) * | 1999-06-22 | 2003-01-21 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 頭部装着式表示装置 |
| JP2001142027A (ja) * | 1999-11-16 | 2001-05-25 | Samii Kk | 医療機器用立体画像表示装置 |
| JP2001177784A (ja) * | 1999-12-17 | 2001-06-29 | Samii Kk | 立体画像プロモーション装置 |
| JP2001246493A (ja) * | 1999-12-28 | 2001-09-11 | Toshiba Corp | ハンダ材及びこれを用いたデバイス又は装置並びにその製造方法 |
| JP2001218231A (ja) * | 2000-01-31 | 2001-08-10 | Communications Research Laboratory Mphpt | 立体画像を表示する装置および方法 |
| JP2002365589A (ja) * | 2001-06-06 | 2002-12-18 | Olympus Optical Co Ltd | 立体表示装置 |
| US20030020879A1 (en) * | 2001-07-26 | 2003-01-30 | Seiko Epson Corporation | Stereoscopic display and projection-type stereoscopic display |
| JP2003185970A (ja) * | 2001-10-11 | 2003-07-03 | Seiko Epson Corp | 立体表示装置 |
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006301419A (ja) * | 2005-04-22 | 2006-11-02 | Olympus Medical Systems Corp | 立体観察装置 |
| JP2011034086A (ja) * | 2007-05-23 | 2011-02-17 | Kwangwoon Univ Research Inst For Industry Cooperation | 立体映像ディスプレイ方法及びシステム並びに立体映像ディスプレイプログラムが記録された記録媒体 |
| JP2009100996A (ja) * | 2007-10-24 | 2009-05-14 | Aloka Co Ltd | 超音波診断システム |
| JP2011203731A (ja) * | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Seiko Epson Corp | 空中三次元画像を生成するシステムおよび空中三次元画像を生成する方法 |
| WO2013005306A1 (ja) * | 2011-07-05 | 2013-01-10 | 富士通株式会社 | 認証装置、電子装置、方法及びプログラム |
| WO2013005305A1 (ja) * | 2011-07-05 | 2013-01-10 | 富士通株式会社 | 認証装置、電子装置、方法及びプログラム |
| JP2017049352A (ja) * | 2015-08-31 | 2017-03-09 | 日本電信電話株式会社 | 空間像表示装置 |
| CN106773087A (zh) * | 2017-01-09 | 2017-05-31 | 中国科学技术大学 | 一种浮动集成成像立体显示装置 |
| JP7051077B2 (ja) | 2017-08-25 | 2022-04-11 | 国立大学法人電気通信大学 | 空中像形成光学系及び空中像形成装置 |
| JP2019040096A (ja) * | 2017-08-25 | 2019-03-14 | 国立大学法人電気通信大学 | 空中像形成光学系及び空中像形成装置 |
| CN109523931A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-03-26 | 像航（上海）科技有限公司 | 显示器和智能设备 |
| JP2020160424A (ja) * | 2019-03-25 | 2020-10-01 | 株式会社Ｊｖｃケンウッド | ヘッドマウントディスプレイ |
| JP7314735B2 (ja) | 2019-03-25 | 2023-07-26 | 株式会社Ｊｖｃケンウッド | ヘッドマウントディスプレイ |
| JP7439983B2 (ja) | 2019-03-25 | 2024-02-28 | 株式会社Ｊｖｃケンウッド | ヘッドマウントディスプレイ |
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